JP5878336B2 - Exhaust gas purification device - Google Patents

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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.

特開2005−76530号公報(段落[0017]、[0018][0022]、[0024]、図1〜図4)JP 2005-76530 A (paragraphs [0017], [0018] [0022], [0024], FIGS. 1 to 4)

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 fuel 25 of the engine 11 is made hydrogen by being provided in the collecting pipe portion 17b of the exhaust manifold 17 connected to the exhaust port of the engine 11 with the turbocharger 19. A reforming catalyst 22 for reforming, a fuel adding means 23 for supplying the fuel 25 to the reforming catalyst 22 by adding the fuel 25 to the exhaust manifold 17, and a downstream side of the exhaust gas from the turbine housing 19b of the turbocharger 19 A platinum-based catalyst 36 that generates ammonia from NOx contained in the exhaust gas in a fuel-rich state provided in the exhaust pipe 18 and hydrogen generated by the reforming catalyst 22, and the exhaust pipe 18 downstream of the exhaust gas from the platinum-based catalyst 36. Provided in a selective reduction catalyst 37 for reducing NOx in exhaust gas using ammonia as a reducing agent, and a bypass pipe 38 for bypassing the turbine housing 19b Based on the waste gate valve 39 that adjusts the opening of the bypass pipe 38 and adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing to the turbine housing 19b, the temperature sensor 47 that detects the inlet temperature of the turbine housing 19b, and the operating conditions of the engine 11. What exhaust gas purifying apparatus der provided with a controller 54 for controlling the waste gate valve 39 based on the detection output of the temperature sensor 47 and controls the fuel adding means 23, a mass flow for detecting an amount of air taken into the engine 11 A sensor 48 is provided in the engine 11, an O 2 sensor 49 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is provided in the exhaust manifold 17 upstream of the reforming catalyst 22, and an exhaust pipe downstream of the exhaust gas from the selective reduction catalyst 37. 18 or upstream of the exhaust gas from the selective catalytic reduction catalyst 37 and from the platinum-based catalyst 36. The NOx sensor 51 for detecting the concentration of NOx in the exhaust gas is provided in one or both of the exhaust pipes 18 on the downstream side of the exhaust pipe 18, and the NOx concentration in the exhaust gas becomes a predetermined value or more. When the NOx sensor 51 detects this, the controller 54 is configured to control the fuel addition means 23 based on the detection outputs of the NOx sensor 51, the mass flow sensor 48, and the O 2 sensor 49. To do .

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 collecting pipe portion 17 b on the exhaust gas upstream side of the reforming catalyst 22. A fuel addition nozzle 24 for adding fuel 25 to the collecting pipe portion 17b upstream of the reforming catalyst 22 and a fuel supply means 26 for supplying the fuel 25 to the fuel addition nozzle 24 are provided.

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 catalyst 22 is selected from the group consisting of rhodium, palladium and platinum. A honeycomb carrier is coated with zeolite or alumina to which seeds or two or more metals are added.

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.

本発明実施形態の排ガス浄化装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the exhaust gas purification apparatus of this invention embodiment. (a)は比較例1の排気管に設けた改質触媒に向けて燃料を添加したときの燃料流量の時間に対する変化を示す図であり、(b)は実施例1の排気マニホルドに設けた改質触媒に向けて燃料を添加したときの燃料流量の時間に対する変化を示す図である。(A) is a figure which shows the change with respect to the time of the fuel flow rate when adding fuel toward the reforming catalyst provided in the exhaust pipe of the comparative example 1, (b) is provided in the exhaust manifold of the first embodiment. It is a figure which shows the change with respect to time of the fuel flow volume when fuel is added toward the reforming catalyst.

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 diesel engine 11 via an intake manifold 13, and an exhaust pipe 18 is connected to an exhaust port via an exhaust manifold 17. The intake manifold 13 and the intake pipe 14 constitute an intake passage 12, and the exhaust manifold 17 and the exhaust pipe 18 constitute an exhaust passage 16. The intake passage 12 is provided with a compressor housing 19a of the turbocharger 19 and an intercooler 21 for cooling the intake air compressed by the turbocharger 19, and the exhaust passage 16 is provided with the turbocharger 19 of the turbocharger 19. A turbine housing 19b is provided. Specifically, the compressor housing 19a is provided in the middle of the intake pipe 14, and the intercooler 21 is provided in the middle of the intake pipe 14 on the downstream side of the intake air from the compressor housing 19a. The turbine housing 19 b is interposed between the exhaust manifold 17 and the exhaust pipe 18. A compressor rotor blade (not shown) is rotatably accommodated in the compressor housing 19a, and a turbine rotor blade (not shown) is rotatably accommodated in the turbine housing 19b. The compressor rotor blades and the turbine rotor blades are connected by a shaft (not shown), and the compressor rotor blades are rotated via the turbine rotor blades and the shaft by the energy of the exhaust gas discharged from the engine 11, and the compressor rotor blades are rotated. Thus, the intake air in the intake pipe 14 is compressed.

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 exhaust manifold 17 includes a plurality of branch pipe portions 17a each having one end connected to a plurality of exhaust ports, and a single collection pipe portion 17b formed by collecting the other ends of the branch pipe portions 17a. Have A reforming catalyst 22 for reforming the fuel (light oil) 25 of the engine 11 into hydrogen is provided in the middle of the collecting pipe portion 17b. The reforming catalyst 22 is configured by coating a honeycomb carrier with zeolite or alumina to which one or more metals selected from the group consisting of rhodium, palladium and platinum are added. Specifically, the reforming catalyst 22 made of zeolite to which a metal such as rhodium is added is configured by coating a honeycomb carrier with a slurry containing zeolite powder obtained by ion exchange of a metal such as rhodium. The reforming catalyst 22 made of alumina to which a metal such as rhodium is added is configured by coating a honeycomb carrier with a slurry containing γ-alumina powder or θ-alumina powder carrying a metal such as rhodium.

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 exhaust manifold 17 is provided with fuel addition means 23. The fuel addition means 23 includes a fuel addition nozzle 24 provided in the collecting pipe portion 17 b on the exhaust gas upstream side of the reforming catalyst 22, and a fuel supply means 26 that supplies the fuel 25 to the fuel addition nozzle 24. The fuel addition nozzle 24 is configured to supply the fuel 25 to the reforming catalyst 22 by adding the fuel 25 to the collecting pipe portion 17 b on the exhaust gas upstream side of the reforming catalyst 22. The fuel supply means 26 includes a fuel supply pipe 27 having a tip connected to the fuel addition nozzle 24, a fuel tank 28 connected to the base end of the fuel supply pipe 27 and storing the fuel 25, and an inside of the fuel tank 28. A fuel pump 29 that pumps the fuel 25 to the fuel addition nozzle 24, and a fuel supply amount adjustment valve 31 that adjusts the supply amount (injection amount) of the fuel 25 injected from the fuel addition nozzle 24. The fuel tank 28 can also be used as a fuel tank of the engine 11. The fuel pump 29 is provided in a fuel supply pipe 27 between the fuel addition nozzle 24 and the fuel tank 28, and the fuel supply amount adjustment valve 31 is provided in the fuel supply pipe 27 between the fuel addition nozzle 24 and the fuel pump 29. Provided. Further, the fuel supply amount adjustment valve 31 is provided in the fuel supply pipe 27 to adjust the supply pressure of the fuel 25 to the fuel addition nozzle 24, and the fuel addition nozzle 24 is provided at the base end of the fuel addition nozzle 24. And a fuel on-off valve 33 that opens and closes the base end of 24.

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 pressure regulating valve 32 is a three-way valve having first to third ports 32 a to 32 c, the first port 32 a is connected to the discharge port of the fuel pump 29, and the second port 32 b is connected to the fuel on-off valve 33. The third port 32 c is connected to the fuel tank 28 via the return pipe 34. When the fuel pressure adjustment valve 32 is driven, the fuel 25 pumped by the fuel pump 29 flows into the fuel pressure adjustment valve 32 from the first port 32a, and after the fuel pressure adjustment valve 32 has adjusted to a predetermined pressure, The pressure is fed from the 2 port 32 b to the fuel on-off valve 33. When the drive of the fuel pressure adjustment valve 32 is stopped, the fuel 25 pumped by the fuel pump 29 flows into the fuel pressure adjustment valve 32 from the first port 32a, and then passes through the return pipe 34 from the third port 32c. Returned to 29.

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 catalyst 36 is provided in the exhaust pipe 18, that is, in the exhaust pipe 18 on the exhaust gas downstream side of the turbine housing 19 b of the turbocharger 19. The platinum catalyst 36 is accommodated in a first case 41 having a larger diameter than the exhaust pipe 18. The platinum-based catalyst 36 is a monolithic catalyst, and a zeolite carrier or a cordierite-made honeycomb carrier or platinum added with only platinum, or platinum and a metal composed of either palladium or rhodium or both. The metal honeycomb carrier is coated. Specifically, the platinum-based catalyst 36 made of zeolite to which a metal such as platinum is added is configured by coating a honeycomb carrier with a slurry containing zeolite powder obtained by ion exchange of a metal such as platinum. The platinum catalyst 36 made of alumina to which a metal such as platinum is added is formed by coating a honeycomb carrier with a slurry containing γ-alumina powder or θ-alumina powder carrying a metal such as platinum. The platinum-based catalyst 36 is configured to generate ammonia from NOx contained in the fuel-rich exhaust gas and hydrogen generated by the reforming catalyst 22.

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 selective reduction catalyst 37 is provided in the exhaust pipe 18 on the downstream side of the exhaust gas from the platinum-based catalyst 36. The selective catalytic reduction catalyst 37 is accommodated in a second case 42 having a larger diameter than the exhaust pipe 18. The selective catalytic reduction catalyst 37 is a monolithic catalyst, in which a honeycomb carrier made of cordierite is coated with zeolite or alumina to which one or more metals selected from the group consisting of iron, vanadium and copper are added. Composed. Specifically, the selective reduction catalyst 37 made of zeolite to which a metal such as iron is added is configured by coating a honeycomb carrier with a slurry containing zeolite powder obtained by ion exchange of a metal such as iron. The selective reduction catalyst 37 made of alumina to which a metal such as iron is added is configured by coating a honeycomb carrier with a slurry containing γ-alumina powder or θ-alumina powder supporting a metal such as iron. The selective reduction catalyst 37 is configured to reduce NOx in the exhaust gas using ammonia as a reducing agent.

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 exhaust manifold 17 and the exhaust pipe 18 are connected to bypass the turbine housing 19 b of the turbocharger 19 by a bypass pipe 38. That is, one end of the bypass pipe 38 is connected to the collecting pipe portion 17b of the exhaust manifold 17 on the exhaust gas downstream side of the reforming catalyst 22, and the other end of the bypass pipe 38 is on the exhaust gas downstream side of the turbine housing 19b and the platinum-based catalyst 36. The exhaust pipe 18 is connected to the exhaust gas upstream side. The bypass pipe 38 is provided with a waste gate valve 39. The valve 39 is configured to adjust the flow rate of the exhaust gas flowing through the turbine housing 19b by adjusting the opening of the bypass pipe 38. Further, the exhaust manifold 17 and the intake pipe 14 are connected to bypass the engine 11 through the EGR pipe 43. That is, the EGR pipe 43 branches from the branch pipe portion 17 a of the exhaust manifold 17 and joins the intake pipe 14 on the intake downstream side of the intercooler 21. The EGR pipe 43 is provided with an EGR valve 44 for adjusting the flow rate of exhaust gas (EGR gas) recirculated from the EGR pipe 43 to the intake pipe 14. In addition, the code | symbol 46 of FIG. 1 is an EGR cooler which cools the waste gas (EGR gas) which passes the EGR pipe | tube 43. FIG.

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 turbine housing 19b is provided in the collecting pipe portion 17b of the exhaust manifold 17 downstream of the reforming catalyst 22 and upstream of the turbine housing 19b. The engine 11 is provided with a mass flow sensor 48 for detecting the amount of air sucked into the engine 11, and an O 2 sensor 49 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas in the exhaust manifold 17 upstream of the reforming catalyst 22. And an NOx sensor 51 for detecting the concentration of NOx in the exhaust gas is provided in the exhaust pipe 18 on the downstream side of the exhaust gas from the selective catalytic reduction catalyst 37. Further, the rotation speed of the engine 11 is detected by the rotation sensor 52, and the load of the engine 11 is detected by the load sensor 53. The detection outputs of the temperature sensor 47, the mass flow sensor 48, the O 2 sensor 49, the NOx sensor 51, the rotation sensor 52 and the load sensor 53 are connected to the control input of the controller 54. The control output of the controller 54 includes the fuel pump 29, the fuel The pressure control valve 32, the fuel on-off valve 33, the waste gate valve 39 and the EGR valve 44 are connected. A memory 56 is connected to the engine 11. In this memory 56, the opening degree of the waste gate valve 39 corresponding to the inlet temperature of the turbine housing 19b and the exhaust gas flow rate is stored in advance. The memory 56 stores in advance the on / off state of the fuel pump 29, the opening degree of the fuel pressure adjustment valve 32, and the opening / closing interval of the fuel on-off valve 33 in accordance with the intake air amount, the oxygen concentration in the exhaust gas, and the NOx concentration. . Furthermore, the opening degree of the EGR valve 44 corresponding to the engine speed and the engine load is stored in the memory 56 in advance.

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 engine 11, the controller 54 determines that the NOx concentration in the exhaust gas has reached a predetermined value or more based on the detection output of the NOx sensor 51 and the like. Specifically, the controller 54 turns on the fuel pump 29 based on the detection output of the NOx sensor 51 and the like, and opens the fuel pressure adjustment valve 32 based on the detection outputs of the mass flow sensor 48 and the O 2 sensor 49. At the same time, the opening / closing interval of the fuel on-off valve 33 is adjusted to a predetermined interval, the fuel pressure adjusting valve 32 is closed after a predetermined time has passed, the opening / closing of the fuel on-off valve 33 is stopped, and the fuel pump 29 is turned off. Turn off. As a result, a required amount of fuel 25 is added to the exhaust manifold 17 from the fuel addition nozzle 24. A part of the fuel 25 added from the fuel addition nozzle 24 raises the temperature of the reforming catalyst 22 and rises to a predetermined temperature (for example, 600 ° C. in the case of the reforming catalyst 22 to which rhodium and palladium are added as added metals). Another part of the fuel 25 is reformed to hydrogen by the warmed reforming catalyst 22. At this time, the exhaust gas is immediately after being discharged from the engine 11 and is at a relatively high temperature. Therefore, the reforming catalyst 22 can be heated to a temperature at which the reforming catalyst 22 can be reformed with a relatively small amount of fuel 25. As a result, by adding a relatively small amount of fuel 25 from the fuel addition nozzle 24 to the reforming catalyst 22, a part of the fuel 25 can be efficiently reformed into hydrogen in the reforming catalyst 22.

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 fuel 25 that has passed through the reforming catalyst 22 without being reformed into hydrogen by the reforming catalyst 22 and the hydrogen reformed by the reforming catalyst 22 flow into the platinum-based catalyst 36, that is, exhaust gas is generated. When hydrogen flows into the platinum-based catalyst 36 in a fuel-rich state (a state where the excess air ratio λ of the exhaust gas is less than 1), the platinum-based catalyst 36 is changed to NOx contained in the exhaust gas at a predetermined temperature or higher (eg, 300 ° C. or higher). Ammonia is produced from the hydrogen produced by the catalyst 22. When the exhaust gas containing ammonia generated by the platinum-based catalyst 36 flows into the selective reduction catalyst 37, ammonia is adsorbed by the selective reduction catalyst 37. The ammonia and NOx adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst 37 react at a predetermined temperature or higher (for example, 180 ° C. or higher), and the NOx reduction reaction and 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. Note that if the ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst 37 is completely consumed for the reduction of NOx, the NOx in the exhaust gas passes through the selective reduction catalyst 37. At this time, since the NOx sensor 51 detects that the NOx concentration has reached a predetermined value or more, the controller 54 repeats the same operation as the above operation.

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 controller 54 opens the waste gate valve 39 based on the detection output of the temperature sensor 47 and allows a part of the exhaust gas to flow to the bypass pipe 38. As a result, the flow rate of the exhaust gas flowing into the turbine housing 19b of the turbocharger 19 is reduced, energy for driving the turbine rotor blades is reduced, and an excessive increase in the rotational speed of the turbine rotor blades is suppressed. Therefore, damage to the turbine rotor blade due to the high-speed rotation of the turbine rotor blade can be prevented.

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 exhaust pipe 18 on the exhaust gas downstream side of the selective reduction catalyst 37, but the NOx sensor 51 provided in the exhaust pipe 18 on the exhaust gas downstream side of the selective reduction catalyst 37. Alternatively, or in addition to this NOx sensor 51, another NOx sensor may be provided in the exhaust pipe 18 on the exhaust gas upstream side of the selective catalytic reduction catalyst 37 and on the exhaust gas downstream side of the platinum-based catalyst 36. In this case, the controller controls the fuel pump 29, the fuel pressure adjustment valve 32, the fuel on-off valve 33, the waste gate valve 39, and the EGR valve 44 based on the detection output of the other NOx sensor, thereby reforming. The platinum catalyst 36 generates ammonia from the hydrogen produced by the catalyst 22 and NOx contained in the exhaust gas, and the remainder of the NOx that passes through the platinum catalyst 36 without being reformed to ammonia by the platinum catalyst 36 is selected. Reduction can be achieved with the reduced catalyst 37. In other words, the NOx concentration in the exhaust gas is detected by the other NOx sensor, and the concentration of NOx that has passed through the platinum catalyst 36 without being reformed to ammonia by the platinum catalyst 36 is selectively reduced. The concentration can be limited to a reducible level. As a result, emission of NOx into the atmosphere can be suppressed. Furthermore, another NOx sensor may be provided in the exhaust pipe 18 on the exhaust gas upstream side of the platinum-based catalyst 36 and on the exhaust gas downstream side of the connection portion to the exhaust pipe 18 at the other end of the bypass pipe 38. In this case, the controller controls the fuel pump 29, the fuel pressure adjusting valve 32, the fuel on-off valve 33, the waste gate valve 39, and the EGR valve 44 based on the detection output of the further NOx sensor. The platinum catalyst 36 generates ammonia from the hydrogen produced by the catalyst 22 and NOx contained in the exhaust gas, and the platinum catalyst 36 does not reform the ammonia and eliminates the NOx that passes through the platinum catalyst 36 as it is. Can do.

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 catalyst 22 is provided in the collecting pipe portion 17b of the exhaust manifold 17 of the in-line six-cylinder turbocharged diesel engine 11 having a displacement of 8000 cc. Further, a fuel addition nozzle 24 for supplying fuel (light oil) 25 is provided in the collecting pipe portion 17 b upstream of the reforming catalyst 22, and the fuel supply means 26 supplies fuel 25 to the fuel addition nozzle 24. did. Here, the reforming catalyst 22 was a catalyst prepared by coating a honeycomb carrier with a slurry containing zeolite powder obtained by ion exchange of rhodium. On the other hand, the compressor housing 19a of the turbocharger 19 is provided in the middle of the intake pipe 14, and the intercooler 21 is provided in the middle of the intake pipe 14 on the downstream side of the intake air from the compressor housing 19a. A turbine housing 19 b is interposed between the exhaust manifold 17 and the exhaust pipe 18. Further, a platinum-based catalyst 36 and a selective reduction catalyst 37 were provided in the exhaust pipe 18 in order from the exhaust gas upstream side. Here, the platinum-based catalyst 36 is a catalyst produced by coating a honeycomb carrier with a slurry containing platinum-ion-exchanged zeolite powder, and the selective reduction catalyst 37 is a slurry containing iron-ion-exchanged zeolite powder. The catalyst was prepared by coating a honeycomb carrier. This exhaust gas purification apparatus was designated as Example 1.

<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 SYMBOLS 17 Exhaust manifold 17b Collecting pipe part 18 Exhaust pipe 19 Turbocharger 19b Turbine housing 22 Reforming catalyst 23 Fuel addition means 24 Fuel addition nozzle 25 Fuel 26 Fuel supply means 36 Platinum catalyst 37 Selective reduction catalyst 38 Bypass pipe 39 Waste Gate valve 47 Temperature sensor 54 Controller

Claims (4)

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)に設けられ前記エンジン(11)の燃料(25)を水素に改質する改質触媒(22)と、
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) .
前記燃料添加手段(23)が、前記改質触媒(22)より排ガス上流側の集合管部(17b)に設けられ前記改質触媒(22)より排ガス上流側の集合管部(17b)に前記燃料(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)に前記燃料(25)を供給する燃料供給手段(26)とを有する請求項1記載の排ガス浄化装置。   The fuel addition means (23) is provided in the collecting pipe portion (17b) upstream of the reforming catalyst (22) and the exhaust pipe upstream of the reforming catalyst (22). The exhaust gas purification device according to claim 1, further comprising: a fuel addition nozzle (24) for adding fuel (25); and a fuel supply means (26) for supplying the fuel (25) to the fuel addition nozzle (24). 前記燃料添加手段が、前記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前記燃料を供給する燃料供給手段とを有し、前記複数の燃料噴射ノズルから前記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請求項1記載の排ガス浄化装置。   The fuel addition means has a plurality of fuel injection nozzles for injecting fuel into each cylinder of the engine, and a fuel supply means for supplying the fuel to these fuel injection nozzles. The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein the exhaust gas purifying apparatus is configured to inject an amount of fuel exceeding an amount of fuel combusted by the engine. 前記改質触媒(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請求項1又は2記載の排ガス浄化装置。   The said reforming catalyst (22) is formed by coating a honeycomb carrier with zeolite or alumina to which one or more metals selected from the group consisting of rhodium, palladium and platinum are added. The exhaust gas purification apparatus as described.
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