JP6179258B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関からの排気中に含まれる窒素酸化物を浄化するための内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine for purifying nitrogen oxides contained in exhaust gas from the internal combustion engine.
従来から、排ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)を浄化するための技術が提案されている。 Conventionally, a technique for purifying nitrogen oxide (NOx) contained in exhaust gas has been proposed.
例えば、特許文献1には、排ガスに大気圧低温非平衡プラズマを生成する乾式の工程を備え、低温非平衡プラズマの生成によって、ガス中のNOが酸化されてNO2が最大値となる値を基準として印加電圧を設定し、ガス中に含まれるNOを効率的にNO2に酸化させた後、排ガスを還元剤溶液と反応させる湿式の工程を備え、排ガス中の窒素酸化物・硫黄酸化物を除去する浄化装置が開示されている。 For example, Patent Document 1 includes a dry process for generating atmospheric low-temperature non-equilibrium plasma in exhaust gas, and the generation of low-temperature non-equilibrium plasma results in oxidation of NO in the gas and a maximum value of NO 2. An applied voltage is set as a reference, and after the NO contained in the gas is efficiently oxidized to NO 2 , a wet process for reacting the exhaust gas with the reducing agent solution is provided, and nitrogen oxide / sulfur oxide in the exhaust gas is provided. A purification device for removing water is disclosed.
例えば、特許文献2には、吸着材が充填された吸着層を有する吸着塔を備える排ガス処理装置において、エンジンから排出される排ガス中に含まれるNOxを吸着する吸着工程と、排ガスの熱エネルギーにより吸着塔内の吸着剤を加熱して、吸着材からNOxを脱着しプラズマ処理により脱着ガスをN2に還元する脱着工程と、脱着工程で加熱された吸着材を冷却する冷却工程と、を切り替えて行う技術が開示されている。 For example, in Patent Document 2, in an exhaust gas treatment apparatus including an adsorption tower having an adsorption layer filled with an adsorbent, an adsorption process for adsorbing NOx contained in exhaust gas discharged from an engine, and thermal energy of the exhaust gas are used. Switching between a desorption process in which the adsorbent in the adsorption tower is heated to desorb NOx from the adsorbent and the desorption gas is reduced to N 2 by plasma treatment, and a cooling process in which the adsorbent heated in the desorption process is cooled. Techniques to be performed are disclosed.
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、排ガスを継続的に処理するために、還元剤溶液を随時補充する必要がある。したがって、排ガス処理機能を維持管理するための手間が大きいという課題がある。 However, in the method described in Patent Document 1, it is necessary to replenish the reducing agent solution as needed in order to continuously treat the exhaust gas. Therefore, there exists a subject that the effort for maintaining and managing an exhaust gas treatment function is large.
また、特許文献2に記載の方法では、NOxを吸収しながら同時にNOxの浄化を行うためには、吸着層を2つ持つ必要があり、装置が大型化するのみならず制御も複雑になるという課題がある。 Further, in the method described in Patent Document 2, in order to simultaneously purify NOx while absorbing NOx, it is necessary to have two adsorption layers, which not only increases the size of the apparatus but also complicates the control. There are challenges.
そこで、本発明は、内燃機関の排気浄化装置において、より効率的に内燃機関が排出するNOxを低減させることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to more efficiently reduce NOx discharged from an internal combustion engine in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine.
請求項1に記載の発明は、NOxを吸蔵する吸蔵媒体と、内燃機関の排気中に含まれるNOxを前記吸蔵媒体に吸蔵させる吸蔵手段と、前記吸蔵媒体に吸蔵されたNOxを前記内燃機関の燃焼室へ供給するための供給手段と、前記吸蔵媒体に吸蔵されたNOx量を検出する検出手段と、前記内燃機関の回転数及びトルクを検出する回転数トルク検出手段と、前記吸蔵媒体に吸蔵されたNOx量が所定値を超え、且つ、前記燃焼室へ供給されるNOx量、前記内燃機関の回転数及びトルクに基づいて、前記燃焼室へ供給されるNOx量から前記内燃機関が排出するNOx量を引いた差を示す浄化率を求め、前記浄化率が0%以上である場合に、前記供給手段を制御して前記吸蔵媒体に吸蔵されたNOxを前記燃焼室へ供給させる制御手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置である。
According to one aspect of the present invention, the occlusion medium you stores NOx, and storage means for storing NOx contained in the exhaust of an internal combustion engine to the storage medium, wherein the occluded in the occluding medium NOx combustion Supply means for supplying to the combustion chamber of the engine, detection means for detecting the amount of NOx stored in the storage medium, rotation speed torque detection means for detecting the rotation speed and torque of the internal combustion engine, and the storage medium The internal combustion engine has a NOx amount stored in the combustion chamber exceeding a predetermined value , and the internal combustion engine is determined from the NOx amount supplied to the combustion chamber based on the NOx amount supplied to the combustion chamber, the rotational speed and torque of the internal combustion engine. Control for obtaining a purification rate indicating a difference obtained by subtracting the amount of NOx to be discharged, and controlling the supply means to supply NOx stored in the storage medium to the combustion chamber when the purification rate is 0% or more Means and An exhaust purifying apparatus for obtaining an internal combustion engine.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記内燃機関の排気中に含まれるNOxを硝酸に改質する改質手段、をさらに備え、前記吸蔵手段は、前記硝酸を前記吸蔵媒体に吸蔵させる、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。 The invention according to claim 2 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising reforming means for reforming NOx contained in the exhaust gas of the internal combustion engine into nitric acid, The occlusion means is an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the nitric acid is occluded in the occlusion medium.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記改質手段は、前記内燃機関の排気に酸化剤を添加する、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。 An invention according to claim 3 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the reforming means adds an oxidant to the exhaust gas of the internal combustion engine. This is an exhaust purification device.
請求項4に記載の発明は、請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記改質手段は、前記吸蔵媒体に酸化剤を添加する、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exhaust purification apparatus for an internal combustion engine according to the second aspect, wherein the reforming means adds an oxidant to the storage medium. It is a purification device.
請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記吸蔵媒体は水又は水溶液である、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。 A fifth aspect of the present invention is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the storage medium is water or an aqueous solution.
請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記吸蔵媒体に吸蔵されたNOxは、硝酸又は硝酸イオンとして存在する、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。 The invention according to claim 6 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the NOx occluded in the occlusion medium exists as nitric acid or nitrate ions. This is an exhaust purification device.
請求項7に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記吸蔵媒体を貯蔵する貯蔵手段と、前記吸蔵媒体を前記吸蔵手段と前記貯蔵手段の間で循環させる循環手段と、をさらに備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。 The invention according to claim 7 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the storage means for storing the storage medium, and the storage medium is circulated between the storage means and the storage means. An exhaust purification device for an internal combustion engine, further comprising a circulating means for causing the internal combustion engine to circulate.
本発明によれば、内燃機関の排気浄化装置において、より効率的に内燃機関が排出するNOxを低減させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the exhaust gas purification apparatus of an internal combustion engine, NOx which an internal combustion engine exhausts can be reduced more efficiently.
<第1実施形態>
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施形態の例について説明する。図1は、第1実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成の例を示す図である。
<First Embodiment>
Hereinafter, an example of an embodiment of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment.
本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、エンジン10、排気管12、ターボチャージャ14、吸気管16、インタークーラー18、NOx捕集装置20、吸蔵媒体22、NOx貯蔵槽24、循環ポンプ26、EGR管28、EGRクーラー30、NOxセンサ32、回転数・トルクセンサ34、NOx供給管36、NOx供給ポンプ38、添加弁40、及び記憶手段44を有するECU42、を含んで構成されている。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment includes an engine 10, an exhaust pipe 12, a turbocharger 14, an intake pipe 16, an intercooler 18, a NOx collection device 20, a storage medium 22, a NOx storage tank 24, a circulation pump 26, The ECU 42 includes an EGR pipe 28, an EGR cooler 30, a NOx sensor 32, a rotation speed / torque sensor 34, a NOx supply pipe 36, a NOx supply pump 38, an addition valve 40, and an ECU 42 having a storage means 44.
エンジン10は内燃機関であり、シリンダ内で燃料を燃焼させることで動力を発生する。エンジン10は、例えばガソリンエンジン等の火花点火機関である。或いは、ディーゼルエンジン等の圧縮着火機関であっても良い。 The engine 10 is an internal combustion engine and generates power by burning fuel in a cylinder. The engine 10 is a spark ignition engine such as a gasoline engine. Alternatively, it may be a compression ignition engine such as a diesel engine.
排気管12は、エンジン10の排気側に接続され、エンジン10から排出される排ガスの通路となる。エンジン10から排気管12内へ排出される排ガス中には、エンジン内で燃料が燃焼することで生じた、有害成分であるNOx(窒素酸化物)が含まれている。NOxとは、例えばNO(一酸化窒素)、NO2(二酸化窒素)、N2O(亜鉛化窒素)、N2O5(五酸化二窒素)、N2O3(三酸化二窒素)、N2O4(四酸化二窒素)、HNO3(硝酸)、NO3(硝酸イオン)、HNO2(亜硝酸)等である。 The exhaust pipe 12 is connected to the exhaust side of the engine 10 and serves as a passage for exhaust gas discharged from the engine 10. The exhaust gas discharged from the engine 10 into the exhaust pipe 12 contains NOx (nitrogen oxide), which is a harmful component, generated by the combustion of fuel in the engine. NOx is, for example, NO (nitrogen monoxide), NO 2 (nitrogen dioxide), N 2 O (zincated nitrogen), N 2 O 5 (dinitrogen pentoxide), N2O3 (dinitrogen trioxide), N2O4 (four) Dinitrogen oxide), HNO3 (nitric acid), NO3 (nitric acid ion), HNO2 (nitrous acid), and the like.
ターボチャージャ14は、排気管12に設けられる。ターボチャージャ14は、排気管12を通ってきた排ガスを利用して内部に有するタービンを高速回転させ、その回転力で内部に有する遠心式圧縮機を駆動することにより、圧縮した空気をエンジン10内に送り込む。 The turbocharger 14 is provided in the exhaust pipe 12. The turbocharger 14 uses the exhaust gas that has passed through the exhaust pipe 12 to rotate the turbine included therein at a high speed, and drives the centrifugal compressor included therein by the rotational force, thereby compressing the compressed air into the engine 10. To send.
吸気管16は、ターボチャージャ14とエンジン10の吸気側とを接続する。吸気管16は、ターボチャージャ14で圧縮された空気の通路となる。 The intake pipe 16 connects the turbocharger 14 and the intake side of the engine 10. The intake pipe 16 serves as a passage for air compressed by the turbocharger 14.
インタークーラー18は、吸気管16に設けられる。インタークーラー18は、ターボチャージャ14で圧縮された空気を冷却し、エンジン10の単位容積当たりの吸気質量を増加させる。 The intercooler 18 is provided in the intake pipe 16. The intercooler 18 cools the air compressed by the turbocharger 14 and increases the intake mass per unit volume of the engine 10.
NOx捕集装置20は、排気管12に設けられる。NOx捕集装置20は、エンジン10の排ガス中のNOxを吸蔵媒体22に吸蔵させて、NOxを排ガスから分離する。NOx捕集装置20としては、例えば、排気通路と吸蔵媒体とが多孔質膜により隔てられ、排ガス中に含まれるNOxを排気通路から多孔質膜を通して吸蔵媒体に接触させて吸収させる膜型気液接触装置を用いることができる。或いは、NOxをシャワー状の吸蔵媒体22と向流接触させることで取り除くスクラバーを用いることができる。吸蔵媒体22の一例として水が挙げられるが、吸蔵媒体22として利用可能な媒体はこれに限られない。例えば、炭酸カリウムや炭酸ナトリウム等のアルカリ塩類、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム等のアルカリ土類塩類、炭酸アンモニウムや炭酸水素アンモニウム等のアンモニウム塩類等が溶解された水溶液を用いても良い。或いは、イオン液体、無水アルコール、ガソリン等を用いても良い。吸蔵媒体22に水を用いた場合には、NOxは吸蔵媒体22に硝酸(HNO3)或いは硝酸イオン(NO3−)として吸蔵される。 The NOx collection device 20 is provided in the exhaust pipe 12. The NOx trap 20 stores NOx in the exhaust gas of the engine 10 in the storage medium 22 and separates NOx from the exhaust gas. As the NOx collection device 20, for example, an exhaust passage and an occlusion medium are separated by a porous film, and NOx contained in the exhaust gas is absorbed from the exhaust passage through the porous film by contacting the occlusion medium and absorbing. A contact device can be used. Alternatively, it is possible to use a scrubber that removes NOx by making countercurrent contact with the shower-like storage medium 22. One example of the storage medium 22 is water, but a medium that can be used as the storage medium 22 is not limited thereto. For example, an aqueous solution in which alkaline salts such as potassium carbonate and sodium carbonate, alkaline earth salts such as calcium carbonate and magnesium carbonate, ammonium salts such as ammonium carbonate and ammonium hydrogen carbonate, and the like are dissolved may be used. Alternatively, ionic liquid, anhydrous alcohol, gasoline or the like may be used. When water is used for the storage medium 22, NOx is stored in the storage medium 22 as nitric acid (HNO 3 ) or nitrate ions (NO 3 −).
NOx貯蔵槽24は、NOxを貯蔵した吸蔵媒体22を含む吸蔵媒体22を貯留するために設けられ、NOx捕集装置20に接続される。NOx貯蔵槽24は、循環ポンプ26を備える。 The NOx storage tank 24 is provided for storing the storage medium 22 including the storage medium 22 storing NOx, and is connected to the NOx collection device 20. The NOx storage tank 24 includes a circulation pump 26.
循環ポンプ26は、NOx貯蔵槽24から吸蔵媒体22を汲み上げ、NOx捕集装置20へ供給する。NOx捕集装置20においてNOxを吸蔵した吸蔵媒体22は、NOx貯蔵槽24へ戻される。このように、吸蔵媒体22は、NOx捕集装置20とNOx貯蔵槽24との間を循環する。 The circulation pump 26 pumps the storage medium 22 from the NOx storage tank 24 and supplies it to the NOx trap 20. The storage medium 22 that has stored NOx in the NOx collection device 20 is returned to the NOx storage tank 24. Thus, the storage medium 22 circulates between the NOx collection device 20 and the NOx storage tank 24.
EGR管28は、排気再循環管であり、エンジン10の吸気側と排気側とを接続する。エンジン10の排ガスの一部は、EGR管28を経由して吸気側に戻される。これにより、エンジン10の燃焼室における燃焼温度を低下させ、NOxの発生量を低減させる効果がある。 The EGR pipe 28 is an exhaust gas recirculation pipe and connects the intake side and the exhaust side of the engine 10. Part of the exhaust gas from the engine 10 is returned to the intake side via the EGR pipe 28. This has the effect of reducing the combustion temperature in the combustion chamber of the engine 10 and reducing the amount of NOx generated.
EGRクーラー30は、EGR管28に設けられる。EGRクーラー30は、エンジン10の吸気側へ戻されるエンジン10の排ガスを冷却する。 The EGR cooler 30 is provided in the EGR pipe 28. The EGR cooler 30 cools the exhaust gas of the engine 10 returned to the intake side of the engine 10.
NOxセンサ32は、NOx貯蔵槽24に設けられ、吸蔵媒体22が吸蔵したNOxの量を検出する。例えば、吸蔵媒体に水が用いられている場合には、NOxセンサ32は、水中の硝酸イオンの量を検出するNO3計測センサやpH計測センサとなる。 The NOx sensor 32 is provided in the NOx storage tank 24 and detects the amount of NOx stored by the storage medium 22. For example, when water is used as the storage medium, the NOx sensor 32 is a NO 3 measurement sensor or a pH measurement sensor that detects the amount of nitrate ions in the water.
回転数・トルクセンサ34は、エンジン10に設けられ、エンジン10の回転数及びトルクを検出する。エンジン10の回転数を検出するセンサは、例えばクランク角センサである。また、エンジン10のトルクを検出するセンサは、例えば磁歪式トルクセンサである。 The rotational speed / torque sensor 34 is provided in the engine 10 and detects the rotational speed and torque of the engine 10. A sensor that detects the rotational speed of the engine 10 is, for example, a crank angle sensor. The sensor that detects the torque of the engine 10 is, for example, a magnetostrictive torque sensor.
NOx供給管36は、一端がNOx貯蔵槽24に接続される。NOx供給管36は分岐しており、他端はエンジン10、吸気管16、及びEGR管28にそれぞれ接続されている。 One end of the NOx supply pipe 36 is connected to the NOx storage tank 24. The NOx supply pipe 36 is branched, and the other ends are connected to the engine 10, the intake pipe 16, and the EGR pipe 28, respectively.
NOx供給ポンプ38は、NOx供給管36に設けられる。NOx供給ポンプ38は、NOx貯蔵槽24から吸蔵媒体22を汲み上げ、吸蔵媒体22をNOx供給管36に供給する。 The NOx supply pump 38 is provided in the NOx supply pipe 36. The NOx supply pump 38 pumps the storage medium 22 from the NOx storage tank 24 and supplies the storage medium 22 to the NOx supply pipe 36.
添加弁40は、NOx供給管36に設けられる。添加弁40は、エンジン10、吸気管16、及びEGR管28の近傍にそれぞれに設けられている。添加弁40は、開閉することでNOx供給管36内における吸蔵媒体22の流れを制御する。NOx供給管36、NOx供給ポンプ38、及び添加弁40が、吸蔵媒体に吸蔵されたNOxをエンジン10の燃焼室に供給するための供給手段となる。 The addition valve 40 is provided in the NOx supply pipe 36. The addition valve 40 is provided in the vicinity of the engine 10, the intake pipe 16, and the EGR pipe 28, respectively. The addition valve 40 controls the flow of the storage medium 22 in the NOx supply pipe 36 by opening and closing. The NOx supply pipe 36, the NOx supply pump 38, and the addition valve 40 serve as supply means for supplying NOx stored in the storage medium to the combustion chamber of the engine 10.
ECU42は、CPUや記憶手段44等を備えた電子制御ユニットであり、エンジン10その他の装置の電子制御を行う。ECU42は、NOx供給ポンプ38の圧力制御及び添加弁40の開閉制御を行い、エンジン10の燃焼室に供給するNOx量を制御する。また、ECU42は、NOxセンサ32及び回転数・トルクセンサ34から検出された値等を受け取り、これらに基づいた演算を行う。 The ECU 42 is an electronic control unit including a CPU, storage means 44, and the like, and performs electronic control of the engine 10 and other devices. The ECU 42 performs pressure control of the NOx supply pump 38 and opening / closing control of the addition valve 40 to control the amount of NOx supplied to the combustion chamber of the engine 10. Further, the ECU 42 receives values detected from the NOx sensor 32 and the rotation speed / torque sensor 34 and performs calculations based on these values.
記憶手段44は、例えばRAMやROMであり、ECU42からアクセス可能に設けられる。記憶手段44は、ECU42が受け取ったNOxセンサ32及び回転数・トルクセンサ34から検出された値を記憶する。また、記憶手段44は、後述する浄化率マップを記憶する。 The storage unit 44 is, for example, a RAM or a ROM, and is provided so as to be accessible from the ECU 42. The storage means 44 stores the values detected from the NOx sensor 32 and the rotation speed / torque sensor 34 received by the ECU 42. The storage unit 44 stores a purification rate map, which will be described later.
以下、第1実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の動作を説明する。図2は、第1実施形態における排気浄化装置の処理の流れを示すフローチャートである。 Hereinafter, the operation of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment will be described. FIG. 2 is a flowchart showing the flow of processing of the exhaust emission control device in the first embodiment.
ステップS10において、ECU42は、NOx貯蔵槽24に貯蔵されている吸蔵媒体22のNOx貯蔵量を取得する。具体的には、ECU42は、NOxセンサ32が検出した値を受け取ることで吸蔵媒体22のNOx貯蔵量を取得する。ECU42は、取得したNOx貯蔵量の値を記憶手段44に記憶させる。 In step S <b> 10, the ECU 42 acquires the NOx storage amount of the storage medium 22 stored in the NOx storage tank 24. Specifically, the ECU 42 acquires the amount of NOx stored in the storage medium 22 by receiving the value detected by the NOx sensor 32. The ECU 42 stores the acquired value of the stored amount of NOx in the storage unit 44.
ステップS12において、ECU42は、取得した吸蔵媒体22のNOx貯蔵量が所定値以上であるか否かを判断する。吸蔵媒体22のNOx貯蔵量が所定値以上である場合には(ステップS102において「はい」)ステップS14に進む。吸蔵媒体22のNOx貯蔵量が所定値以上でない場合(ステップS102において「いいえ」)は、処理を何も行わずに終了する。後述の通り、吸蔵媒体22に吸蔵されているNOx量が多いほど効率的にNOxの低減を行うことができる。したがって、本実施形態では、吸蔵媒体22に吸蔵されたNOx量が所定値以上である場合にのみ、吸蔵媒体22に吸蔵されたNOxをエンジン10の燃焼室へ供給する処理を行うようにしている。 In step S12, the ECU 42 determines whether or not the acquired NOx storage amount of the storage medium 22 is equal to or greater than a predetermined value. When the NOx storage amount of the storage medium 22 is greater than or equal to the predetermined value (“Yes” in step S102), the process proceeds to step S14. If the NOx storage amount of the storage medium 22 is not equal to or greater than the predetermined value (“No” in step S102), the process ends without performing any processing. As will be described later, as the amount of NOx occluded in the occlusion medium 22 increases, NOx can be efficiently reduced. Therefore, in the present embodiment, the process of supplying the NOx occluded in the occlusion medium 22 to the combustion chamber of the engine 10 is performed only when the amount of NOx occluded in the occlusion medium 22 is greater than or equal to a predetermined value. .
ステップS14において、ECU42は、吸蔵媒体22に吸蔵されたNOxをエンジン10の燃焼室へ供給する。具体的には、NOx供給ポンプ38にECU42が予め設定した圧力で吸蔵媒体22を汲み上げさせ、添加弁40をECU42が予め設定した時間開弁させる。本実施形態においては、添加弁40を3つ有しているが、いずれの添加弁40から吸蔵媒体22に吸蔵されたNOxを供給させても良い。例えば、エンジンの運転状況に応じて、エンジン10の燃焼室に直接供給しても良いし、EGR管28内に放出しEGR管28を介して燃焼室に供給するようにしても良いし、或いは、吸気管16内に放出し吸気管16を介して燃焼室に供給するようにしても良い。 In step S <b> 14, the ECU 42 supplies NOx stored in the storage medium 22 to the combustion chamber of the engine 10. Specifically, the storage medium 22 is pumped up by the pressure preset by the ECU 42 to the NOx supply pump 38, and the addition valve 40 is opened for a preset time by the ECU 42. In the present embodiment, three addition valves 40 are provided, but NOx occluded in the occlusion medium 22 from any of the addition valves 40 may be supplied. For example, it may be supplied directly to the combustion chamber of the engine 10 according to the operating state of the engine, discharged into the EGR pipe 28 and supplied to the combustion chamber via the EGR pipe 28, or Alternatively, it may be discharged into the intake pipe 16 and supplied to the combustion chamber via the intake pipe 16.
本実施形態では、エンジン10の燃焼室へNOxを供給することで、エンジン10が排出するNOxの量を低減させている。NOxは、燃料中に含まれる窒素(N)や空気中の窒素(N)が高温燃焼時に酸化されることで発生する。そして、この化学反応は平衡反応であり、NOxはゼルドビッチ機構に基づいて生成される。ゼルドビッチ機構は次の化学反応式で表される。
N2+O⇔NO+N
O2+N⇔NO+O
N+OH⇔NO+H
ここで、NOxが平衡反応により発生することに注目し、燃料の燃焼時に燃焼室内に所定量のNOxを供給することで、燃焼時におけるNOxの発生を抑えると同時に、供給したNOxを分解させている。
In the present embodiment, the amount of NOx discharged from the engine 10 is reduced by supplying NOx to the combustion chamber of the engine 10. NOx is generated when nitrogen (N) contained in the fuel or nitrogen (N) in the air is oxidized during high temperature combustion. This chemical reaction is an equilibrium reaction, and NOx is generated based on the Zeldovic mechanism. The Zeldovic mechanism is represented by the following chemical reaction formula.
N 2 + O⇔NO + N
O 2 + N⇔NO + O
N + OH⇔NO + H
Here, paying attention to the fact that NOx is generated by an equilibrium reaction, by supplying a predetermined amount of NOx into the combustion chamber during combustion of the fuel, the generation of NOx during combustion is suppressed, and at the same time, the supplied NOx is decomposed. Yes.
本実施形態では、吸蔵媒体22として水を使用しており、NOxを吸蔵した水をエンジン10の燃焼室へ供給しているため、NOx貯蔵槽24内の水量が減少する。このため、エンジン10排気中の水分を回収してNOx貯蔵槽24へ供給することで、NOx貯蔵槽24内の水量を規定値以上に保っている。或いは、水を外部から補充するようにしても良い。NOx貯蔵槽24内の吸蔵媒体22の量はセンサ等で常に監視されている。 In the present embodiment, water is used as the storage medium 22, and the water stored in the NOx is supplied to the combustion chamber of the engine 10, so the amount of water in the NOx storage tank 24 decreases. For this reason, the water content in the NOx storage tank 24 is kept above the specified value by collecting the moisture in the exhaust gas of the engine 10 and supplying it to the NOx storage tank 24. Alternatively, water may be replenished from the outside. The amount of the storage medium 22 in the NOx storage tank 24 is constantly monitored by a sensor or the like.
上述の通り、本実施形態においては、吸蔵媒体22に吸蔵されたNOxをエンジン10の燃焼室へ供給している。これにより、従来と比較して、より効率的にエンジン10のNOx排出量を低減させることを可能にしている。また、NOxの吸蔵をNOx捕集装置20において行い、NOxの分解をエンジン10の燃焼室内で行っている、すなわちNOxの分解と吸蔵を別々の装置において行っているため、NOxの分解と吸蔵を同時に行うことを可能にしている。 As described above, in the present embodiment, NOx stored in the storage medium 22 is supplied to the combustion chamber of the engine 10. Thereby, compared with the past, it is possible to reduce the NOx emission amount of the engine 10 more efficiently. Further, NOx is occluded in the NOx collection device 20, and NOx is decomposed in the combustion chamber of the engine 10, that is, NOx is decomposed and occluded in separate devices, so that NOx is decomposed and occluded. It is possible to do at the same time.
<第2実施形態>
以下、第2実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について説明する。図3は、第2実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成の例を示す図である。第2実施形態では、第1実施形態の構成に加え、酸化剤生成装置50、酸化剤供給弁52、改質装置54、及びNOx変換装置56を有している。第1実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
Second Embodiment
Hereinafter, an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to a second embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second embodiment. In the second embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, an oxidant generator 50, an oxidant supply valve 52, a reformer 54, and a NOx converter 56 are provided. The description of the same configuration as in the first embodiment is omitted.
酸化剤生成装置50は、酸化剤を生成する。本実施形態では、酸化剤としてオゾンを用いるがこれに限られない。酸化剤生成装置50は、例えば電解法によりオゾンを生成する。電解法は、水を電気分解することによってオゾンを生成する。 The oxidant generator 50 generates an oxidant. In the present embodiment, ozone is used as the oxidizing agent, but is not limited thereto. The oxidizing agent production | generation apparatus 50 produces | generates ozone by the electrolytic method, for example. The electrolytic method generates ozone by electrolyzing water.
酸化剤供給弁52は、開閉により改質装置54に酸化剤生成装置50で生成された酸化剤を供給する。酸化剤供給弁52はECU42により制御される。 The oxidant supply valve 52 supplies the oxidant generated by the oxidant generator 50 to the reformer 54 by opening and closing. The oxidant supply valve 52 is controlled by the ECU 42.
改質装置54は、排気管12のNOx捕集装置20の上流側に設けられる。改質装置54は、NOxの吸蔵媒体22への吸蔵を促す装置であり、NOxから硝酸への変換を促す装置である。改質装置54は、硝酸生成触媒を備え、酸化剤供給弁52によりオゾンが添加され、排ガス中のNOxと水蒸気にオゾンを反応させて硝酸を生成させる。 The reformer 54 is provided on the upstream side of the NOx collection device 20 in the exhaust pipe 12. The reformer 54 is a device that promotes the storage of NOx into the storage medium 22 and is a device that promotes the conversion of NOx to nitric acid. The reformer 54 includes a nitric acid generation catalyst, ozone is added by the oxidant supply valve 52, and the NOx and water vapor in the exhaust gas are reacted with ozone to generate nitric acid.
NOx変換装置56は、NOx供給管36に設けられ、吸蔵媒体22中に含まれる硝酸又は硝酸イオンをNOxに分解する。NOx変換装置56により分解されたNOxがNOx供給管36を経由して添加弁40によりNOx変換装置56からエンジン10の燃焼室に供給される。NOxが分解された吸蔵媒体22はNOx貯蔵槽24へ戻されても良い。 The NOx conversion device 56 is provided in the NOx supply pipe 36 and decomposes nitric acid or nitrate ions contained in the storage medium 22 into NOx. The NOx decomposed by the NOx conversion device 56 is supplied from the NOx conversion device 56 to the combustion chamber of the engine 10 by the addition valve 40 via the NOx supply pipe 36. The storage medium 22 in which NOx is decomposed may be returned to the NOx storage tank 24.
エンジン10から排出される排ガス中のNOxを水等の吸蔵媒体22に直接吸蔵させる場合、吸蔵速度が遅く効率よくNOxを吸蔵媒体22に吸蔵させることができない。一方、硝酸の水に対する吸蔵速度はNOxを直接水へ吸蔵させる場合よりも高い。そこで、本実施形態では、NOx捕集装置20の処理の前に、改質装置54によりNOxを予め硝酸に変換している。これにより、NOxを効率よく吸蔵媒体22へ吸蔵させることを可能にしている。 When NOx in the exhaust gas discharged from the engine 10 is directly stored in the storage medium 22 such as water, the storage speed is slow and the NOx cannot be stored in the storage medium 22 efficiently. On the other hand, the occlusion rate of nitric acid with respect to water is higher than when NOx is occluded directly into water. Therefore, in the present embodiment, the NOx is converted into nitric acid in advance by the reformer 54 before the processing of the NOx trap 20. Thereby, it is possible to efficiently store NOx in the storage medium 22.
本実施形態では、酸化剤生成装置50で生成されたオゾンを改質装置54へ供給することでNOxを硝酸へ変換しているが、他の方法でNOxを硝酸へ変換するようにしても良い。例えば、吸蔵媒体22に過酸化水素等の酸化剤を添加することで硝酸の生成反応を促進するようにしても良い。 In this embodiment, NOx is converted to nitric acid by supplying ozone generated by the oxidant generator 50 to the reformer 54, but NOx may be converted to nitric acid by other methods. . For example, the nitric acid generation reaction may be promoted by adding an oxidizing agent such as hydrogen peroxide to the storage medium 22.
<第3実施形態>
以下、第3実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の動作を説明する。第3実施形態に係る排気浄化装置の構成は、第1実施形態と同様である。図4は、第3実施形態における排気浄化装置の処理の流れを示すフローチャートである。
<Third Embodiment>
The operation of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the third embodiment will be described below. The configuration of the exhaust emission control device according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment. FIG. 4 is a flowchart showing the flow of processing of the exhaust emission control device in the third embodiment.
ステップS100において、ECU42は、NOx貯蔵槽24に貯蔵されている吸蔵媒体22のNOx貯蔵量を取得する。具体的には、ECU42は、NOxセンサ32が検出した値を受け取ることで吸蔵媒体22のNOx貯蔵量を取得する。ECU42は、取得したNOx貯蔵量の値を記憶手段44に記憶させる。 In step S <b> 100, the ECU 42 acquires the NOx storage amount of the storage medium 22 stored in the NOx storage tank 24. Specifically, the ECU 42 acquires the amount of NOx stored in the storage medium 22 by receiving the value detected by the NOx sensor 32. The ECU 42 stores the acquired value of the stored amount of NOx in the storage unit 44.
ステップS102において、ECU42は、取得した吸蔵媒体22のNOx貯蔵量が所定値以上であるか否かを判断する。吸蔵媒体22のNOx貯蔵量が所定値以上である場合には(ステップS102において「はい」)ステップS104に進む。吸蔵媒体22のNOx貯蔵量が所定値以上でない場合(ステップS102において「いいえ」)は、処理を何も行わずに終了する。後述の通り、吸蔵媒体22に吸蔵されているNOx量が多いほど効率的にNOxの低減を行うことができる。したがって、本実施形態では、吸蔵媒体22に吸蔵されたNOx量が所定値以上である場合にのみ、吸蔵媒体22に吸蔵されたNOxをエンジン10の燃焼室へ供給する処理を行うようにしている。 In step S102, the ECU 42 determines whether or not the acquired NOx storage amount of the storage medium 22 is equal to or greater than a predetermined value. When the NOx storage amount of the storage medium 22 is equal to or greater than the predetermined value (“Yes” in step S102), the process proceeds to step S104. If the NOx storage amount of the storage medium 22 is not equal to or greater than the predetermined value (“No” in step S102), the process ends without performing any processing. As will be described later, as the amount of NOx occluded in the occlusion medium 22 increases, NOx can be efficiently reduced. Therefore, in the present embodiment, the process of supplying the NOx occluded in the occlusion medium 22 to the combustion chamber of the engine 10 is performed only when the amount of NOx occluded in the occlusion medium 22 is greater than or equal to a predetermined value. .
ステップS104において、ECU42は、エンジン10の回転数及びトルクを取得する。回転数及びトルクの取得は、回転数・トルクセンサ34からの値を受け取ることで行う。或いは、ECU42は、アクセルペダルの踏み込み具合を検出してエンジン10のトルクを算出するようにしても良い。 In step S104, the ECU 42 acquires the rotational speed and torque of the engine 10. The rotation speed and torque are acquired by receiving values from the rotation speed / torque sensor 34. Alternatively, the ECU 42 may calculate the torque of the engine 10 by detecting the degree of depression of the accelerator pedal.
ステップS106において、ECU42は、エンジン10の燃焼室に供給するNOx量を設定する。具体的には、ECU42はNOx供給ポンプ38の圧力及び添加弁40の開閉時間を設定することで、燃焼室に供給するNOx量を設定する。 In step S106, the ECU 42 sets the amount of NOx supplied to the combustion chamber of the engine 10. Specifically, the ECU 42 sets the amount of NOx supplied to the combustion chamber by setting the pressure of the NOx supply pump 38 and the opening / closing time of the addition valve 40.
ステップS108において、ECU42は、記憶手段44から設定した燃焼室に供給するNOx量に応じた浄化率マップを読み出す。 In step S108, the ECU 42 reads out a purification rate map corresponding to the NOx amount supplied to the combustion chamber set from the storage means 44.
ここで、浄化率及び浄化率マップについて説明する。浄化率は、以下の式で表される。
浄化率={(NOx供給量−NOx排出量)/(NOx供給量)}×100 (%)
上記式の通り、浄化率とは、NOx供給量からNOx排出量を引いた差をNOx供給量で除した値の百分率である。ここで、NOx供給量とは、エンジン10に供給されるNOxの量である。NOx排出量とは、NOxが供給されたときのサイクルの燃焼によりエンジン10が排出するNOxの排出量である。
Here, the purification rate and the purification rate map will be described. The purification rate is expressed by the following equation.
Purification rate = {(NOx supply amount−NOx emission amount) / (NOx supply amount)} × 100 (%)
As described above, the purification rate is a percentage of a value obtained by dividing the difference obtained by subtracting the NOx discharge amount from the NOx supply amount by the NOx supply amount. Here, the NOx supply amount is the amount of NOx supplied to the engine 10. The NOx emission amount is the NOx emission amount that the engine 10 exhausts due to the combustion of the cycle when NOx is supplied.
図5は、浄化率マップの例を示す図である。浄化率は、NOx供給量、エンジン10の回転数及びトルクに応じて変動する。浄化率マップとは、NOx供給量が所定値のときに、エンジン10の回転数及びトルクの変化に応じて浄化率がどのように変動するのかを示したマップである。すなわち、浄化率マップは、燃焼室に供給されるNOx量、エンジン10の回転数及びトルクと、浄化率との対応関係を示している。浄化率マップは、エンジン10の回転数、トルク、及びNOx供給量に対する浄化率を計測することで予め作成され、記憶手段44に記憶される。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the purification rate map. The purification rate varies according to the NOx supply amount, the rotational speed of the engine 10 and the torque. The purification rate map is a map that shows how the purification rate varies according to changes in the rotational speed and torque of the engine 10 when the NOx supply amount is a predetermined value. That is, the purification rate map shows the correspondence relationship between the NOx amount supplied to the combustion chamber, the rotational speed and torque of the engine 10, and the purification rate. The purification rate map is created in advance by measuring the purification rate with respect to the rotation speed, torque, and NOx supply amount of the engine 10 and is stored in the storage means 44.
図5に示す浄化率マップは、NOx供給量が2.5(L/min)、NO(100%)であるときの浄化率マップである。図5に示す浄化率マップは、例えば回転数が2000(rpm)、トルクが50(Nm)である場合は、浄化率は約25%であることを示している。また、例えば回転数が2500(rpm)、トルクが120(Nm)である場合には、浄化率は0%未満であることを示している。 The purification rate map shown in FIG. 5 is a purification rate map when the NOx supply amount is 2.5 (L / min) and NO (100%). The purification rate map shown in FIG. 5 indicates that the purification rate is about 25% when the rotational speed is 2000 (rpm) and the torque is 50 (Nm), for example. For example, when the rotational speed is 2500 (rpm) and the torque is 120 (Nm), the purification rate is less than 0%.
図6は、浄化率マップの他の例を示す図である。図6に示す浄化率マップは、NOx供給量が1.0(L/min)、NO(100%)であるときの浄化率マップである。図6に示す浄化率マップは、例えば回転数が2500(rpm)、トルクが60(Nm)である場合は、浄化率は約0%であることを示している。 FIG. 6 is a diagram illustrating another example of the purification rate map. The purification rate map shown in FIG. 6 is a purification rate map when the NOx supply amount is 1.0 (L / min) and NO (100%). The purification rate map shown in FIG. 6 indicates that the purification rate is about 0% when the rotational speed is 2500 (rpm) and the torque is 60 (Nm), for example.
図5及び図6に示されている通り、エンジン10の回転数及びトルクが同じ値であれば、NOx供給量が多い程浄化率が高くなる傾向がある。したがって、NOx供給量が多い程効率的にNOxの浄化を行うことが可能である。 As shown in FIGS. 5 and 6, if the rotation speed and torque of the engine 10 are the same value, the purification rate tends to increase as the NOx supply amount increases. Therefore, it is possible to efficiently purify NOx as the supply amount of NOx increases.
ステップS110において、ECU42は、記憶手段44から読み出した浄化率マップを参照し、取得したエンジン10の回転数及びトルクにおける浄化率が0%以上であるか否かを判断する。浄化率が0%以上である場合(ステップS110で「はい」)は、ステップS112に進む。浄化率が0%未満である場合(ステップS110において「いいえ」)は、処理を何も行わずに終了する。 In step S110, the ECU 42 refers to the purification rate map read from the storage unit 44, and determines whether or not the obtained purification rate in the rotational speed and torque of the engine 10 is 0% or more. When the purification rate is 0% or more (“Yes” in step S110), the process proceeds to step S112. If the purification rate is less than 0% (“No” in step S110), the process ends without performing any processing.
ステップS112において、ECU42は、吸蔵媒体22に吸蔵されたNOxをエンジン10の燃焼室へ供給する。具体的には、NOx供給ポンプ38にステップS106で設定した圧力で吸蔵媒体22を汲み上げさせ、添加弁40をステップS106で設定した時間開弁させる。本実施形態においては、添加弁40を3つ有しているが、いずれの添加弁40から吸蔵媒体22に吸蔵されたNOxを供給させても良い。例えば、エンジンの運転状況に応じて、エンジン10の燃焼室に直接供給しても良いし、EGR管28内に放出しEGR管28を介して燃焼室に供給するようにしても良いし、或いは、吸気管16内に放出し吸気管16を介して燃焼室に供給するようにしても良い。 In step S <b> 112, the ECU 42 supplies NOx stored in the storage medium 22 to the combustion chamber of the engine 10. Specifically, the NOx supply pump 38 is caused to pump the storage medium 22 at the pressure set in step S106, and the addition valve 40 is opened for the time set in step S106. In the present embodiment, three addition valves 40 are provided, but NOx occluded in the occlusion medium 22 from any of the addition valves 40 may be supplied. For example, it may be supplied directly to the combustion chamber of the engine 10 according to the operating state of the engine, discharged into the EGR pipe 28 and supplied to the combustion chamber via the EGR pipe 28, or Alternatively, it may be discharged into the intake pipe 16 and supplied to the combustion chamber via the intake pipe 16.
本実施形態では、燃焼室へ供給するNOx量を予め設定し、設定したNOx量に対応した浄化率マップに基づいて燃焼室内へNOxを供給するタイミングを制御しているが、検出したエンジン10の回転数及びトルクに基づいて、浄化率が0%以上となるように燃焼室へ供給するNOx量を適宜変動させるようにしても良い。 In this embodiment, the amount of NOx supplied to the combustion chamber is set in advance, and the timing of supplying NOx into the combustion chamber is controlled based on the purification rate map corresponding to the set NOx amount. Based on the rotational speed and torque, the amount of NOx supplied to the combustion chamber may be appropriately varied so that the purification rate becomes 0% or more.
図7は、エンジン10の所定の回転数及びトルクに対するNOx供給量と浄化率の関係を示す図である。図7(a)は、エンジン10の回転数が1500(rpm)、トルクが30(Nm)であるときの、エンジン10の燃焼室へのNOx供給量と浄化率との関係を示している。また、図7(b)は、エンジン10の回転数が2000(rpm)、トルクが60(Nm)であるときの、エンジン10の燃焼室へのNOx供給量と浄化率との関係を示している。エンジン10の回転数及びトルクが同じ値であれば、NOx供給量が多い程浄化率が高くなる傾向は、図7(a)からも読み取ることができる。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the NOx supply amount and the purification rate with respect to a predetermined rotational speed and torque of the engine 10. FIG. 7A shows the relationship between the NOx supply amount to the combustion chamber of the engine 10 and the purification rate when the rotational speed of the engine 10 is 1500 (rpm) and the torque is 30 (Nm). FIG. 7B shows the relationship between the NOx supply amount to the combustion chamber of the engine 10 and the purification rate when the rotational speed of the engine 10 is 2000 (rpm) and the torque is 60 (Nm). Yes. If the rotation speed and torque of the engine 10 are the same value, the tendency that the purification rate becomes higher as the NOx supply amount increases can also be read from FIG.
例えば、ECU42が設定した燃焼室へ供給するNOx量が0.5(L/min)であり、エンジン10の回転数が2000(rpm)、トルクが60(Nm)の場合は、図7(b)によれば浄化率は約−25%、すなわち0%未満となっている。このとき、ECU42は、図7(b)に示される対応関係に基づいて、浄化率が0%以上となるように燃焼室へ供給するNOx量を適宜変動させるようにしても良い。具体的には、燃焼室へ供給するNOx量を例えば1.5(L/min)に変更して、1.5(L/min)の量のNOxを燃焼室へ供給するようにする。図7(b)が示す通り、エンジン10の回転数が2000(rpm)、トルクが60(Nm)、NOx供給量が1.5(L/min)が10から20%の間、すなわち0%以上である。 For example, when the amount of NOx supplied to the combustion chamber set by the ECU 42 is 0.5 (L / min), the rotational speed of the engine 10 is 2000 (rpm), and the torque is 60 (Nm), FIG. ), The purification rate is about -25%, that is, less than 0%. At this time, the ECU 42 may appropriately change the amount of NOx supplied to the combustion chamber so that the purification rate becomes 0% or more based on the correspondence shown in FIG. Specifically, the amount of NOx supplied to the combustion chamber is changed to, for example, 1.5 (L / min), and NOx in an amount of 1.5 (L / min) is supplied to the combustion chamber. As shown in FIG. 7B, the rotational speed of the engine 10 is 2000 (rpm), the torque is 60 (Nm), and the NOx supply amount is 1.5 (L / min) between 10 and 20%, that is, 0%. That's it.
本実施形態では、吸蔵媒体22として水を使用しており、NOxを吸蔵した水をエンジン10の燃焼室へ供給しているため、NOx貯蔵槽24内の水量が減少する。このため、エンジン10排気中の水分を回収してNOx貯蔵槽24へ供給することで、NOx貯蔵槽24内の水量を規定値以上に保っている。或いは、水を外部から補充するようにしても良い。NOx貯蔵槽24内の吸蔵媒体22の量はセンサ等で常に監視されている。 In the present embodiment, water is used as the storage medium 22, and the water stored in the NOx is supplied to the combustion chamber of the engine 10, so the amount of water in the NOx storage tank 24 decreases. For this reason, the water content in the NOx storage tank 24 is kept above the specified value by collecting the moisture in the exhaust gas of the engine 10 and supplying it to the NOx storage tank 24. Alternatively, water may be replenished from the outside. The amount of the storage medium 22 in the NOx storage tank 24 is constantly monitored by a sensor or the like.
上述の通り、本実施形態においては、浄化率が0%以上の場合にのみ、吸蔵媒体22に吸蔵されたNOxをエンジン10の燃焼室へ供給している。これにより、従来と比較して、より効率的にエンジン10のNOx排出量を低減させることを可能にしている。また、NOxの吸蔵をNOx捕集装置20において行い、NOxの分解をエンジン10の燃焼室内で行っている、すなわちNOxの分解と吸蔵を別々の装置において行っているため、NOxの分解と吸蔵を同時に行うことを可能にしている。 As described above, in the present embodiment, NOx stored in the storage medium 22 is supplied to the combustion chamber of the engine 10 only when the purification rate is 0% or more. Thereby, compared with the past, it is possible to reduce the NOx emission amount of the engine 10 more efficiently. Further, NOx is occluded in the NOx collection device 20, and NOx is decomposed in the combustion chamber of the engine 10, that is, NOx is decomposed and occluded in separate devices, so that NOx is decomposed and occluded. It is possible to do at the same time.
<第4実施形態>
以下、第4実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の動作を説明する。第4実施形態に係る排気浄化装置の構成は、第1実施形態と同様である。図8は、第4実施形態における排気浄化装置の処理の流れを示すフローチャートである。ステップS100からS112は第3実施形態と同様であるため説明を省略する。本実施形態では、浄化率が0%未満であると判断された場合(ステップS110において「いいえ」)の場合、ステップS120に進み、以後第3実施形態と異なる処理を行う。
<Fourth embodiment>
The operation of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the fourth embodiment will be described below. The configuration of the exhaust emission control device according to the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment. FIG. 8 is a flowchart showing the flow of processing of the exhaust emission control device in the fourth embodiment. Steps S100 to S112 are the same as those in the third embodiment, and a description thereof will be omitted. In the present embodiment, when it is determined that the purification rate is less than 0% (“No” in Step S110), the process proceeds to Step S120, and processing different from that in the third embodiment is performed thereafter.
ステップS120において、吸蔵媒体22のNOx貯蔵量が第2の値以上であるか否かを判断する。NOx貯蔵量が第2の値以上である場合(ステップS120で「はい」)は、ステップS122に進む。NOx貯蔵量が第2の値未満である場合(ステップS120で「いいえ」)は、処理を何も行わずに終了する。ここで、第2の値とは、ステップS102における吸蔵媒体22のNOx貯蔵量の判断の閾値である第1の値よりも大きい値である。第2の値は、例えば、吸蔵媒体22のNOx貯蔵量がそれ以上大きくなると、NOx捕集装置20におけるNOxの吸蔵に支障を来たす程度の量である。 In step S120, it is determined whether the NOx storage amount of the storage medium 22 is greater than or equal to the second value. If the NOx storage amount is greater than or equal to the second value (“Yes” in step S120), the process proceeds to step S122. If the NOx storage amount is less than the second value (“No” in step S120), the process ends without performing any processing. Here, the second value is a value larger than the first value, which is a threshold value for determining the NOx storage amount of the storage medium 22 in step S102. The second value is, for example, an amount that hinders the storage of NOx in the NOx collection device 20 when the NOx storage amount of the storage medium 22 is further increased.
ステップS122では、ECU42は、エンジン10の出力を一定に保ちつつ、回転数及びトルクを浄化率が0%以上となるように変動させる。図6には等出力線100が描かれている。例えば、エンジン10の回転数が1300(rpm)、トルクが80(Nm)の状態である場合、ECU42は、等出力線100に沿うようにエンジン10の回転数及びトルクを変動させる。そして、例えば回転数を2000(rpm)、トルクを20(Nm)とする。変動させた後のエンジンの運転条件では、浄化率は10%から20%までの間、すなわち0%以上となっている。 In step S122, the ECU 42 varies the rotation speed and torque so that the purification rate becomes 0% or more while keeping the output of the engine 10 constant. In FIG. 6, an iso-output line 100 is drawn. For example, when the rotational speed of the engine 10 is 1300 (rpm) and the torque is 80 (Nm), the ECU 42 varies the rotational speed and torque of the engine 10 along the iso-output line 100. For example, the rotational speed is 2000 (rpm) and the torque is 20 (Nm). Under the operating condition of the engine after the fluctuation, the purification rate is between 10% and 20%, that is, 0% or more.
ステップS122でエンジンの運転条件を変動させた後、ステップS112に進み、ECU42は、吸蔵媒体22に吸蔵されたNOxをエンジン10の燃焼室へ供給する。 After the engine operating conditions are changed in step S122, the process proceeds to step S112, and the ECU 42 supplies the NOx stored in the storage medium 22 to the combustion chamber of the engine 10.
図8に示したフローチャートでは、ステップS110で浄化率が0%未満であると判断された場合に、ステップS120において、吸蔵媒体22のNOx貯蔵量を判断しているが、この判断を省略しても良い。すなわち、ステップS110で浄化率が0%未満である判断された場合に、直ちにステップS122へ進み、浄化率が0%以上となるようにエンジン10の回転数及びトルクを変動させるようにしても良い。 In the flowchart shown in FIG. 8, when it is determined in step S110 that the purification rate is less than 0%, the NOx storage amount of the storage medium 22 is determined in step S120, but this determination is omitted. Also good. That is, when it is determined in step S110 that the purification rate is less than 0%, the process immediately proceeds to step S122, and the rotational speed and torque of the engine 10 may be changed so that the purification rate becomes 0% or more. .
上述の通り、本実施形態においては、浄化率が0%未満の場合であっても、エンジン10の回転数及びトルクを、エンジン10の出力を一定に保ちつつ変動させて浄化率を0%以上とした後、吸蔵媒体22に吸蔵されたNOxをエンジン10の燃焼室へ供給している。これにより、浄化率が0%未満となるエンジンの運転状態であっても、吸蔵媒体22のNOx貯蔵量が所定値以上大きくなり、NOx捕集装置20におけるNOxの吸蔵に支障を来たすことを防ぐことを可能にしている。 As described above, in the present embodiment, even if the purification rate is less than 0%, the rotational speed and torque of the engine 10 are varied while keeping the output of the engine 10 constant, so that the purification rate is 0% or more. After that, the NOx stored in the storage medium 22 is supplied to the combustion chamber of the engine 10. As a result, even when the engine is operating with a purification rate of less than 0%, the amount of NOx stored in the storage medium 22 is increased by a predetermined value or more, thereby preventing the NOx storage device 20 from interfering with NOx storage. Making it possible.
<第5実施形態>
以下、第5実施形態について、図面に基づいて説明する。
<Fifth Embodiment>
Hereinafter, a fifth embodiment will be described based on the drawings.
本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置では、図22に示すように、内燃機関1の排気中のNOxを吸蔵媒体に吸蔵してNOxを排ガスから分離するNOx捕集装置2と、NOxが吸蔵された吸蔵媒体を貯蔵するNOx貯蔵タンク3と、前記NOx貯蔵タンクの吸蔵媒体を内燃機関のエンジンの吸気系を経由または内燃機関の燃焼筒内に添加する添加装置4と、前記添加装置により吸蔵媒体が添加される添加場の状態を検出する添加場状態検出装置5と、検出された添加場の状態に応じて、前記吸蔵媒体の添加タイミングを制御するコントローラ6と、を含む。なお、NOxを吸蔵する吸蔵媒体については、以下捕集液として記す。 In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, as shown in FIG. 22, the NOx trapping device 2 that stores NOx in the exhaust gas of the internal combustion engine 1 in the storage medium and separates NOx from the exhaust gas, and NOx The NOx storage tank 3 for storing the occluded storage medium, the addition device 4 for adding the storage medium of the NOx storage tank via the intake system of the engine of the internal combustion engine or into the combustion cylinder of the internal combustion engine, and the addition device An addition field state detection device 5 that detects the state of the addition field to which the storage medium is added, and a controller 6 that controls the addition timing of the storage medium according to the detected state of the addition field. The storage medium for storing NOx is hereinafter referred to as a collection liquid.
「装置の全体構成」
図9は、実施形態の構成を示す図である。上述の第1〜第4実施形態と同様である構成については、同一の番号を付し、説明を省略する。
"Overall configuration of the device"
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of the embodiment. About the structure similar to the above-mentioned 1st-4th embodiment, the same number is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
エンジン10の気筒10aには、吸気弁(図示省略)が設けられ、この吸気弁を介し、吸気管16が接続されている。吸気管16の先端にはエアフィルタ15が取り付けられており、ここでフィルタリングされた空気がターボチャージャ14、インタークーラー18、吸気バルブ90を介し、エンジン10の気筒(筒)10a内に供給される。ターボチャージャ14は、排気によって吸気量を増加させ、インタークーラー18は吸気を冷却して、吸気量を増加させる。 The cylinder 10a of the engine 10 is provided with an intake valve (not shown), and an intake pipe 16 is connected through the intake valve. An air filter 15 is attached to the tip of the intake pipe 16, and the air filtered here is supplied into the cylinder (cylinder) 10 a of the engine 10 through the turbocharger 14, the intercooler 18, and the intake valve 90. The turbocharger 14 increases the intake amount by exhaust, and the intercooler 18 cools the intake air to increase the intake amount.
エンジン10の気筒10aには、排気弁(図示省略)が設けられ、この排気弁を介し、排気管12が接続されている。排気管12は、ターボチャージャ14を介し、NOx捕集装置20が接続されており、ここでNOxが除去された後、排ガスが放出される。他の有害排出物を除去する必要があれば、対応した処理装置を設けるとよい。 The cylinder 10a of the engine 10 is provided with an exhaust valve (not shown), and an exhaust pipe 12 is connected through the exhaust valve. The exhaust pipe 12 is connected to a NOx collection device 20 via a turbocharger 14. After NOx is removed here, exhaust gas is released. If it is necessary to remove other harmful emissions, a corresponding treatment device may be provided.
EGR管28には、排気循環のタイミング、量などを制御するためにEGR弁29が設けられている。 The EGR pipe 28 is provided with an EGR valve 29 for controlling the timing and amount of exhaust gas circulation.
「気筒内添加」
ここで、図9に示す例では、NOx供給管36は、添加弁40を介し、気筒10a内に捕集液を供給する供給ノズルに接続されている。従って、NOx供給ポンプ38を駆動した状態で、添加弁40を開くことで、NOx貯蔵槽24内の捕集液が気筒10a内に供給される。この捕集液を気筒10a内に供給するタイミングおよび量は、コントローラであるECU42が制御する。
"In-cylinder addition"
Here, in the example shown in FIG. 9, the NOx supply pipe 36 is connected to a supply nozzle that supplies the collected liquid into the cylinder 10 a via the addition valve 40. Accordingly, by opening the addition valve 40 while the NOx supply pump 38 is driven, the collected liquid in the NOx storage tank 24 is supplied into the cylinder 10a. The timing and amount of supplying the collected liquid into the cylinder 10a are controlled by the ECU 42 as a controller.
また、捕集液の添加タイミングが悪いと、捕集液が吸排気管やEGR管内に侵入し、そこに止まり、吸気管やEGR管の腐食が進みやすい。そこで、このような事態を防止する必要もある。 Further, if the collection timing of the collected liquid is poor, the collected liquid enters the intake / exhaust pipe and the EGR pipe, stops there, and the corrosion of the intake pipe and the EGR pipe easily proceeds. Therefore, it is necessary to prevent such a situation.
本実施形態において、捕集液は、気筒10a内に直接添加される。ディーゼルエンジンの場合、捕集液は気筒10aにおける圧縮工程の燃料噴射と同時あるいは着火後に噴射する。これによって、燃焼時におけるNOx濃度を所望のものに設定でき、また捕集液はすぐに気化するので気筒10aに液状で付着することを防止できる。なお、ガソリンエンジンでは、点火直後または着火直後のタイミングが好適である。このようなタイミングで、捕集液を添加することで、捕集液が添加直後に気化し、シリンダなどに付着することがなく、また燃料燃焼時に吸気と同様にして気筒10a内にNOxとして存在できる。 In the present embodiment, the collected liquid is added directly into the cylinder 10a. In the case of a diesel engine, the collected liquid is injected simultaneously with the fuel injection in the compression process in the cylinder 10a or after ignition. As a result, the NOx concentration during combustion can be set to a desired value, and since the collected liquid is immediately vaporized, it is possible to prevent the liquid from adhering to the cylinder 10a. In a gasoline engine, the timing immediately after ignition or immediately after ignition is suitable. By adding the collected liquid at such timing, the collected liquid is vaporized immediately after the addition and does not adhere to the cylinder or the like, and also exists as NOx in the cylinder 10a in the same manner as the intake air during fuel combustion. it can.
図10には、本実施形態における変形例が示してあり、この例では、NOx変換装置56と、NOx(ガス)貯蔵槽58を有している。また、図11には、この構成における捕集液の供給系のみを示してある。 FIG. 10 shows a modification of the present embodiment. In this example, a NOx conversion device 56 and a NOx (gas) storage tank 58 are provided. FIG. 11 shows only the supply system for the collected liquid in this configuration.
このように、NOx貯蔵槽24内の例えば硝酸類を含む捕集液はNOx供給ポンプ38によって、NOx変換装置に供給され、生成されたガス状のNOxがNOx(ガス)貯蔵槽58に一旦貯蔵され加圧された後、添加弁40を介し、気筒10a内に添加される。この添加のタイミングは、ECU42によって制御される。 In this way, the collected liquid containing, for example, nitric acid in the NOx storage tank 24 is supplied to the NOx conversion device by the NOx supply pump 38, and the generated gaseous NOx is temporarily stored in the NOx (gas) storage tank 58. After being pressurized, it is added into the cylinder 10a through the addition valve 40. The timing of this addition is controlled by the ECU 42.
NOx変換装置56は、例えば熱処理によって、硝酸類をNOxガスに変換する。この際、白金などの硝酸分解触媒を利用することが好適である。硝酸類の熱分解のためには、数100°C(200〜500°C程度)に加熱することが好適であり、このためにエンジンの排熱を利用することが好適である。また、変換後のNOxガスにおけるNOx濃度は高い方がよい。そこで、NOxセンサ32により検出したNOx濃度が所定値以上の場合に、NOx変換装置56に捕集液を送るとよい。 The NOx conversion device 56 converts nitric acid into NOx gas, for example, by heat treatment. At this time, it is preferable to use a nitrate decomposition catalyst such as platinum. For thermal decomposition of nitric acids, it is preferable to heat to several hundred degrees C (about 200 to 500 degrees C), and for this purpose, it is preferable to use exhaust heat of the engine. Moreover, the higher the NOx concentration in the converted NOx gas, the better. Therefore, when the NOx concentration detected by the NOx sensor 32 is equal to or higher than a predetermined value, the collected liquid may be sent to the NOx conversion device 56.
NOx変換装置56からのNOxガスは、NOx(ガス)貯蔵槽58内に貯蔵され、圧力が上昇する。NOx(ガス)貯蔵槽58には、その内部圧力を検出する圧力センサ94が設けられており、気筒10aには、気筒内の圧力を計測する圧力センサ96が添加場状態検出装置として設けられている。ECU42は、これら圧力センサ94,96の検出値に基づいて、気筒10a内の圧力が、NOx(ガス)貯蔵槽58内で加圧されたNOxの圧力よりも低い場合には気筒10a内への添加が可能と判断され、かつエンジン10の動作を制御しているECU42からの信号で運転状態がNOxを十分に浄化できる状態と判断された場合に、気筒10a内に添加される。 The NOx gas from the NOx conversion device 56 is stored in the NOx (gas) storage tank 58, and the pressure rises. The NOx (gas) storage tank 58 is provided with a pressure sensor 94 for detecting its internal pressure, and the cylinder 10a is provided with a pressure sensor 96 for measuring the pressure in the cylinder as an addition field state detection device. Yes. Based on the detected values of the pressure sensors 94 and 96, the ECU 42 applies the pressure into the cylinder 10a when the pressure in the cylinder 10a is lower than the pressure of NOx pressurized in the NOx (gas) storage tank 58. When it is determined that the addition is possible, and when it is determined that the operating state can sufficiently purify NOx by a signal from the ECU 42 that controls the operation of the engine 10, the addition is made into the cylinder 10a.
上述したように、ディーゼル機関の場合は、燃料噴射と同時もしくは着火後に、ガソリン機関の場合は火花添加され着火後に添加されるのが望ましい。これらのタイミングは噴射・着火時期の制御信号よりコントロールされる。 As described above, in the case of a diesel engine, it is desirable to add sparks at the same time as fuel injection or after ignition. These timings are controlled by the injection / ignition timing control signals.
なお、エンジン10の回転数、出力トルクに応じて、燃焼によってNOxが減少するか否かも変化するため、これも考慮する。 In addition, since it changes also whether NOx reduces by combustion according to the rotation speed and output torque of the engine 10, this is also considered.
ここで、図12には、図10、11の構成におけるECU42による、捕集液添加制御のフローチャートを示す。 Here, in FIG. 12, the flowchart of the collection liquid addition control by ECU42 in the structure of FIG.
まず、NOxセンサ32により捕集液中のNOx濃度を計測し(S211)、計測したNOx濃度を設定値と比較する(S212)。添加されるNOx量としては、2.5(L/min)以上が望ましい。 First, the NOx concentration in the collected liquid is measured by the NOx sensor 32 (S211), and the measured NOx concentration is compared with a set value (S212). The amount of NOx added is preferably 2.5 (L / min) or more.
NOx濃度が所定値以上であれば、エンジン10の回転数、出力トルク(これらは車両において常に把握している)を取り込み(S213)、エンジン10の運転状態から、NOxが浄化できる運転状態かを判定する(S214)。浄化できる状態であれば、NOx供給ポンプ38を作動させ捕集液をNOx変換装置56に添加する(S215)。 If the NOx concentration is equal to or greater than a predetermined value, the engine speed and output torque (these are always known in the vehicle) are taken in (S213), and whether the engine 10 is in an operation state where NOx can be purified from the operation state. Determination is made (S214). If it can be purified, the NOx supply pump 38 is operated to add the collected liquid to the NOx converter 56 (S215).
気筒10a内圧力と、NOx(ガス)貯蔵槽58内圧力(噴射圧)を比較し(S216)、噴射圧の方が高い場合には、燃焼時期のタイミングに合わせ、噴射弁をオンして、NOxガスを気筒10a内に添加する(S217)。 The internal pressure of the cylinder 10a and the internal pressure (injection pressure) of the NOx (gas) storage tank 58 are compared (S216). If the injection pressure is higher, the injection valve is turned on in accordance with the timing of the combustion timing, NOx gas is added into the cylinder 10a (S217).
なお、S212で設定値以下、S214で浄化できない、S216で噴射圧の方が低い場合には、NOxの添加は行わず処理を終了する。 In addition, when it is below the set value in S212 and cannot be purified in S214, and the injection pressure is lower in S216, the process ends without adding NOx.
このように、NOxの浄化が行える場合であって、添加に問題がないタイミングで、NOxを気筒10aに添加するため、確実なNOxの処理が行える。また、本実施形態では、NOxガスを添加するため、気筒への悪影響が少ない。 Thus, NOx can be purified, and NOx is added to the cylinder 10a at a timing at which there is no problem with the addition, so that reliable NOx processing can be performed. In the present embodiment, since NOx gas is added, there is little adverse effect on the cylinder.
「吸気弁近傍の吸気管内添加」
図13には、気筒10aの吸気弁60近傍の吸気管16にNOxを添加する例を示してある。このように、吸気弁60の開閉を検出する弁開閉検出装置80により、対応する吸気弁60の開閉状態を検出し、吸気弁60が開の状態で、添加弁40を開き、NOxを添加する。この例では、NOx変換装置56、NOx(ガス)貯蔵槽58を有しており、ガス状のNOxが添加されるが、これに限らず液状のNOx(硝酸類)を直接添加してもよい。
"Addition to the intake pipe near the intake valve"
FIG. 13 shows an example in which NOx is added to the intake pipe 16 near the intake valve 60 of the cylinder 10a. Thus, the valve opening / closing detection device 80 that detects the opening / closing of the intake valve 60 detects the opening / closing state of the corresponding intake valve 60, and when the intake valve 60 is open, the addition valve 40 is opened and NOx is added. . In this example, a NOx conversion device 56 and a NOx (gas) storage tank 58 are provided, and gaseous NOx is added, but not limited to this, liquid NOx (nitric acid) may be added directly. .
ここで、この実施形態では、吸気管にNOxを添加するが、吸気弁60が閉じているタイミングでNOxを添加すると、吸気管16やEGR管28に悪影響を及ぼす可能性がある。特に、液状のNOxを添加する場合には、悪影響が大きい。そこで、本実施形態では、弁開閉検出装置80によって吸気弁60が開の状態であることを検出して、NOx添加のタイミングを調整する。 Here, in this embodiment, NOx is added to the intake pipe. However, if NOx is added when the intake valve 60 is closed, the intake pipe 16 and the EGR pipe 28 may be adversely affected. In particular, when liquid NOx is added, the adverse effect is large. Therefore, in the present embodiment, the valve opening / closing detection device 80 detects that the intake valve 60 is in an open state, and adjusts the NOx addition timing.
図14には、吸気弁60の開閉と、添加弁の開閉を機械的に連動させる構成例が示されている。吸気弁60は、カム62の回転によって吸気弁60の上部バー60aが上下して開閉する。図には、カム62によって、吸気弁が押し下げられて開になっている状態が示してある。吸気弁60の上部バー60aには一対のバーをジョイント64aで連結し下方が開いている逆V字状の連動機構64が接続されている。そして、連動機構64の上部バーの一端が吸気弁60のバー60aに回動自在に固定されており、その上部バーの中間部分がピンで位置が固定され、ここが支点になっている。そこで、吸気弁60が上方に移動すると、連動機構64のジョイント64aが下方に移動する。連動機構64の下方バーの先端は、添加弁68に接続されており、連動機構64の下方バーが下方に移動することによって添加弁68が開となる。添加弁68には、NOx供給管70が接続されているため、添加弁68が開となることによって、吸気管16内にNOxガスが添加される。 FIG. 14 shows a configuration example in which opening / closing of the intake valve 60 and opening / closing of the addition valve are mechanically linked. The intake valve 60 is opened and closed by the upper bar 60 a of the intake valve 60 being moved up and down by the rotation of the cam 62. In the figure, the intake valve is pushed down by the cam 62 and opened. The upper bar 60a of the intake valve 60 is connected to an inverted V-shaped interlocking mechanism 64 in which a pair of bars are connected by a joint 64a and opened downward. One end of the upper bar of the interlocking mechanism 64 is rotatably fixed to the bar 60a of the intake valve 60, and the middle part of the upper bar is fixed with a pin, which serves as a fulcrum. Therefore, when the intake valve 60 moves upward, the joint 64a of the interlocking mechanism 64 moves downward. The tip of the lower bar of the interlocking mechanism 64 is connected to the addition valve 68, and the addition valve 68 is opened when the lower bar of the interlocking mechanism 64 moves downward. Since the NOx supply pipe 70 is connected to the addition valve 68, NOx gas is added into the intake pipe 16 when the addition valve 68 is opened.
このように、図14の例では、吸気弁60と、添加弁68が機械的に接続されており、吸気弁60の開動作と、添加弁68の開動作が連動されている。従って、吸気弁60の開動作を検出して、添加弁68を開制御すること、機械的機構を用いて自動的に行うことができる。 Thus, in the example of FIG. 14, the intake valve 60 and the addition valve 68 are mechanically connected, and the opening operation of the intake valve 60 and the opening operation of the addition valve 68 are interlocked. Therefore, the opening operation of the intake valve 60 can be detected and the addition valve 68 can be controlled to open automatically using a mechanical mechanism.
図15には、添加弁68の開閉についての他の構成例が示してある。この例では、吸気弁60を駆動するカム62の回転を回転位置計測装置72により計測する。そして、この回転位置計測装置72の検出結果に基づいて吸気弁60の開を検出し、噴射制御装置74が添加弁を制御する。この構成によっても、吸気弁60の開に応じてNOxを吸気管16内の吸気弁60の近傍に供給することができる。 FIG. 15 shows another configuration example for opening and closing the addition valve 68. In this example, the rotation position measuring device 72 measures the rotation of the cam 62 that drives the intake valve 60. The opening of the intake valve 60 is detected based on the detection result of the rotational position measuring device 72, and the injection control device 74 controls the addition valve. Also with this configuration, NOx can be supplied to the vicinity of the intake valve 60 in the intake pipe 16 in accordance with the opening of the intake valve 60.
図16には、添加弁68の開閉についてのさらに他の構成例が示してある。この例では、吸気弁の動きを弁開閉検出装置80によって検出する。この弁開閉検出装置80は、吸気弁60のバーに取り付けられた永久磁石80aと、この永久磁石80aの周囲に配置されたコイル80bを有し、永久磁石80aの動き(吸気弁60の開)をコイル80bに流れる電流として検知する。弁開閉検出装置80には、噴射制御装置82が接続されており、噴射制御装置82が吸気弁60の開状態において、添加弁68を開として、NOxの添加を制御する。 FIG. 16 shows still another configuration example for opening and closing the addition valve 68. In this example, the movement of the intake valve is detected by the valve opening / closing detection device 80. The valve opening / closing detection device 80 includes a permanent magnet 80a attached to the bar of the intake valve 60 and a coil 80b disposed around the permanent magnet 80a, and the movement of the permanent magnet 80a (opening of the intake valve 60). Is detected as a current flowing through the coil 80b. An injection control device 82 is connected to the valve opening / closing detection device 80, and when the intake valve 60 is in an open state, the injection control device 82 opens the addition valve 68 to control the addition of NOx.
このように、吸気弁60近傍の吸気管16内にNOxを添加する場合には、吸気弁60が開状態であることが条件となる。さらに、液状のNOxを添加する場合には、吸気弁60近傍の温度が所定以上であることが好適である。すなわち、液状のNOxが吸気管16や吸気弁60に付着することを防止できる。 Thus, when adding NOx into the intake pipe 16 in the vicinity of the intake valve 60, the condition is that the intake valve 60 is open. Furthermore, when liquid NOx is added, it is preferable that the temperature in the vicinity of the intake valve 60 is equal to or higher than a predetermined value. That is, liquid NOx can be prevented from adhering to the intake pipe 16 and the intake valve 60.
「インタークーラー手前の吸気管内添加」
図17には、吸気管16のインタークーラー18の上流側にNOxを添加する構成を示している。ターボチャージャ14の下流側でインタークーラー18の上流側の吸気管16内の吸気状態を添加場状態検出装置98によって検出し、この状態に応じてECU42が添加弁40の開閉を制御する。すなわち、インタークーラー18の上流側のNOxの添加場における、吸気管16内の吸気流速などを検出し、NOxの添加の可否を判定する。エンジン10は、通常複数の気筒10aを有しており、各気筒の吸気弁60開放のタイミングはずれている。また、インタークーラー18の上流側では、吸気の流れはある程度平均化されているが、吸気量は出力トルク、エンジン回転数などによって大きく異なる。本実施形態においては、添加場状態検出装置98において検出した吸気流速が所定値以上の場合に、NOxの添加を許可する。もちろん、上述したエンジン10の運転状態から、NOxを添加できる状態であることも考慮する。
"Addition to the intake pipe before the intercooler"
FIG. 17 shows a configuration in which NOx is added to the upstream side of the intercooler 18 of the intake pipe 16. An intake state in the intake pipe 16 on the downstream side of the turbocharger 14 and on the upstream side of the intercooler 18 is detected by the addition field state detection device 98, and the ECU 42 controls the opening and closing of the addition valve 40 in accordance with this state. That is, the intake air flow velocity in the intake pipe 16 in the NOx addition field on the upstream side of the intercooler 18 is detected to determine whether or not NOx can be added. The engine 10 normally has a plurality of cylinders 10a, and the timing of opening the intake valve 60 of each cylinder is shifted. Further, on the upstream side of the intercooler 18, the flow of the intake air is averaged to some extent, but the intake air amount greatly varies depending on the output torque, the engine speed, and the like. In the present embodiment, the addition of NOx is permitted when the intake flow velocity detected by the addition field state detection device 98 is equal to or higher than a predetermined value. Of course, it is also considered that NOx can be added from the operating state of the engine 10 described above.
また、吸気弁60が開であって、EGR弁29が閉であることを条件とすることも好適である。これによって、吸気管16内の流速が所定以上であることが担保される。 It is also preferable that the intake valve 60 is open and the EGR valve 29 is closed. Thereby, it is ensured that the flow velocity in the intake pipe 16 is not less than a predetermined value.
ここで、車両の運転状態が変化している場合、吸気管16内の状態が大きく変化する。この例の場合、添加されたNOxが実際にエンジン10の気筒10a内に到達するまでに所定の時間が掛かる。従って、エンジン10の運転状態から、NOxを添加してよいと判断されても、実際にエンジン10の気筒10a内にNOxが供給される時には状態が変わってしまう場合がある。そこで、定常運転時においてNOxを添加するよう制御することが好適である。さらに、液状のNOxを添加する場合には、吸気弁60近傍の温度が所定以上であることが好適であり、これによって、液状のNOxが吸気管16に付着することを防止できる。なお、図17ではインタークーラー18の上流側にNOxを添加しているが、吸気バルブ90とインタークーラー18の間で添加しても構わない。 Here, when the driving state of the vehicle changes, the state in the intake pipe 16 changes greatly. In this example, it takes a predetermined time until the added NOx actually reaches the cylinder 10a of the engine 10. Therefore, even if it is determined from the operating state of the engine 10 that NOx may be added, the state may change when NOx is actually supplied into the cylinder 10a of the engine 10. Therefore, it is preferable to control to add NOx during steady operation. Furthermore, when liquid NOx is added, it is preferable that the temperature in the vicinity of the intake valve 60 is equal to or higher than a predetermined value, and thus liquid NOx can be prevented from adhering to the intake pipe 16. In FIG. 17, NOx is added upstream of the intercooler 18, but it may be added between the intake valve 90 and the intercooler 18.
「EGR管内添加」
図18には、NOxをEGR管のEGRクーラー30の上流側に添加する例を示してある。この例では、添加場状態検出装置98において、NOxを添加するEGRクーラー30の上流側の状態を検出し、検出結果に基づいて添加弁40を開閉してNOxの添加を制御する。この場合、上述の吸気管16への添加の場合と同様に、EGR管28内の流速が所定値以上である時点で、NOxを添加することが好適である。この例では、上述の吸気管内添加と同様に定常運転であることを条件とすることが好適であり、またEGR弁29が下位であることを条件とするとよい。さらに、液状のNOxを添加する場合には、添加場所の温度が所定以上の場合に限定することも好適である。
"EGR pipe addition"
FIG. 18 shows an example in which NOx is added to the upstream side of the EGR cooler 30 of the EGR pipe. In this example, the addition field state detection device 98 detects the upstream state of the EGR cooler 30 to which NOx is added, and controls the addition of NOx by opening and closing the addition valve 40 based on the detection result. In this case, as in the case of addition to the intake pipe 16 described above, it is preferable to add NOx when the flow rate in the EGR pipe 28 is equal to or higher than a predetermined value. In this example, it is preferable to make it a condition that it is a steady operation like the above-mentioned addition in the intake pipe, and it is good to make it a condition that the EGR valve 29 is in the lower order. Furthermore, when adding liquid NOx, it is also preferable that the temperature is limited to a predetermined temperature or higher.
EGR管28内に流れるガスは、もともとNOxを含んでおり、これにNOxを添加することで、NOx濃度をより高くできる。エンジン10の気筒10aに供給するNOx濃度を高く維持しやすい。そこで、このEGR管28内にNOxを供給することが好ましい。 The gas flowing in the EGR pipe 28 originally contains NOx, and the NOx concentration can be further increased by adding NOx thereto. It is easy to keep the NOx concentration supplied to the cylinder 10a of the engine 10 high. Therefore, it is preferable to supply NOx into the EGR pipe 28.
「添加場所の制御」
図19には、複数の添加場所を用意した例を示す。すなわち、(i)気筒10a内、(ii)吸気弁近傍の吸気管16内、(iii)インタークーラー18の上流側の吸気管16内、(iv)EGRクーラー30の上流側のEGR管内、の4つ添加場所を用意してあり、対応する添加弁40a〜40dの開閉を制御することによって、いずれかの場所を選択して、NOxを添加することができる。
"Control of the location of addition"
FIG. 19 shows an example in which a plurality of addition sites are prepared. That is, (i) in the cylinder 10a, (ii) in the intake pipe 16 near the intake valve, (iii) in the intake pipe 16 on the upstream side of the intercooler 18, and (iv) in the EGR pipe on the upstream side of the EGR cooler 30. One addition location is prepared, and NOx can be added by selecting any location by controlling the opening and closing of the corresponding addition valves 40a to 40d.
そして、添加場状態検出装置98により、4つの添加場所の状態をそれぞれ検出しておき、適切な添加場所に対し、NOxを選択的に添加する。 And the state of four addition places is each detected by the addition place state detection apparatus 98, and NOx is selectively added with respect to an appropriate addition place.
図20には、4つの添加場所の選択について示してある。優先順位として、(1)(iv)EGR管28内の添加、(2)(iii)インタークーラー18の上流側の吸気管16内、(3)(ii)吸気弁近傍の吸気管16内、(4)(i)気筒10a内、という順が採用される。これによって、(1)EGR弁開、添加場所温度所定以上、定常運転の場合にEGR管内、(2)上記(1)以外で、EGR弁閉、吸気弁開、定常運転の場合に吸気管内、(3)上記(1)(2)以外で、吸気弁近傍の温度が所定以上の場合に吸気弁近傍、(4)上記(1)(2)(3)以外の場合に気筒内、にNOxが添加される。 FIG. 20 shows the selection of four addition locations. (1) (iv) Addition in the EGR pipe 28, (2) (iii) In the intake pipe 16 upstream of the intercooler 18, (3) (ii) In the intake pipe 16 near the intake valve, ( 4) The order of (i) in the cylinder 10a is adopted. As a result, (1) EGR valve open, addition place temperature is a predetermined temperature or more, in the EGR pipe in the case of steady operation, (2) Other than the above (1), EGR valve closed, intake valve open, in the intake pipe in the case of steady operation, (3) Other than the above (1) and (2), when the temperature near the intake valve is higher than a predetermined value, near the intake valve; Is added.
図21には、この例の場合の処理のフローチャートが示されている。 FIG. 21 shows a flowchart of processing in this example.
このように、NOx貯蔵槽24内のNOx濃度を計測し(S221)、所定値以上であれば(S222)、エンジン10の運転状態を取り込み(S223)、NOxが浄化できる運転状態かを判定し(S224)、浄化できる状態であれば、添加場状態検出装置98により4箇所の添加場所の状態を検出する(S225)。そして、上述の優先順位に従って、添加場所を決定し(S226)、NOx供給ポンプ38を作動させ、NOxを適切な添加場所に添加する(S227)。なお、NOx変換装置56、NOx貯蔵槽58を経由して、NOxガスを添加場所に添加することも好適である。 Thus, the NOx concentration in the NOx storage tank 24 is measured (S221), and if it is equal to or greater than a predetermined value (S222), the operating state of the engine 10 is taken in (S223), and it is determined whether the operating state can purify NOx. (S224) If the state can be purified, the addition site state detection device 98 detects the states of the four addition sites (S225). Then, according to the above-mentioned priority order, the addition location is determined (S226), the NOx supply pump 38 is operated, and NOx is added to an appropriate addition location (S227). In addition, it is also suitable to add NOx gas to an addition place via the NOx converter 56 and the NOx storage tank 58.
なお、S222で設定値以下、S224で浄化できない場合には、NOxの添加は行わず処理を終了する。 If the value is not more than the set value in S222 and cannot be purified in S224, the process ends without adding NOx.
このように、4つの添加場所を用意し、添加場所の条件に応じて、添加場所を選択することで、NOx添加可能な状態を多くでき、また最適の添加場所を選択して、NOxを添加することができる。 Thus, by preparing four addition sites and selecting the addition site according to the conditions of the addition site, it is possible to increase the state where NOx can be added, and by selecting the optimal addition site and adding NOx can do.
<第6実施形態>
以下、第6実施形態について、図面に基づいて説明する。図23は、本実施形態の構成を示す図である。上述の第1〜第5実施形態と同様である構成については、同一の番号を付し、説明を省略する。
<Sixth Embodiment>
Hereinafter, a sixth embodiment will be described based on the drawings. FIG. 23 is a diagram showing a configuration of the present embodiment. About the structure similar to the above-mentioned 1st-5th embodiment, the same number is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
「硝酸類の熱分解」
ここで、捕集液においては、NOxは、基本的に水に溶解して硝酸態となっている。このような硝酸類は上述した気筒10a内の燃焼反応時にNOxとして機能せず、NOxを十分減少することができない。そこで、図23の例では、NOx貯蔵槽24内の硝酸類を含む捕集液はNOx供給ポンプ38によって、NOx変換装置56に供給され、ここで硝酸類がNOxに分解される。すなわち、硝酸類は、下記の反応(熱分解)により、ガス状のNOx(NO2またはNO)に分解される。
4HNO3→4NO+2H2O+O2
2NO2←→2NO+O2
"Thermal decomposition of nitrates"
Here, in the collection liquid, NOx is basically dissolved in water to be in a nitrate state. Such nitric acids do not function as NOx during the above-described combustion reaction in the cylinder 10a and cannot sufficiently reduce NOx. Therefore, in the example of FIG. 23, the collected liquid containing nitric acid in the NOx storage tank 24 is supplied to the NOx conversion device 56 by the NOx supply pump 38, where the nitric acid is decomposed into NOx. That is, nitric acids are decomposed into gaseous NOx (NO 2 or NO) by the following reaction (thermal decomposition).
4HNO 3 → 4NO + 2H 2 O + O 2
2NO 2 ← → 2NO + O 2
NOx変換装置56においては、硝酸類の分解に熱分解が利用される。図23の例では、熱回収部102において、エンジンの排熱(排気の熱)を回収し、これを硝酸類の分解の際の熱に利用する。この熱回収には、例えばヒートポンプを用いることができる。このようにエンジン排熱を利用することでシステムの省エネルギー化を図ることができる。なお、NOx変換装置56を排気管12や、エンジンと接触するように配置したり、伝熱材を介し接続したりして、エンジン排熱を伝熱でNOx変換装置56を加熱してもよい。 In the NOx conversion device 56, thermal decomposition is used for decomposition of nitric acids. In the example of FIG. 23, the heat recovery unit 102 recovers engine exhaust heat (exhaust heat) and uses it for heat during decomposition of nitric acids. For example, a heat pump can be used for this heat recovery. Thus, the energy saving of the system can be achieved by utilizing the engine exhaust heat. Note that the NOx conversion device 56 may be disposed so as to be in contact with the exhaust pipe 12 or the engine, or connected through a heat transfer material, and the NOx conversion device 56 may be heated by heat transfer from the engine exhaust heat. .
また、本例において、NOx変換装置56は、熱分解反応が行われる分解部56aとヒータ56bを有している。ヒータ56bは温度制御が容易な電熱ヒータが好適であり、これによって分解部56aにおける温度を適切な温度に制御することができる。熱回収部102において回収した熱は、捕集液の予熱に用い、NOx変換装置56内の温度は、ヒータ56bによって制御することが好適である。また、ヒータ56bとして酸化触媒を併用してもよい。 In this example, the NOx conversion device 56 includes a decomposition unit 56a in which a thermal decomposition reaction is performed and a heater 56b. The heater 56b is preferably an electric heater that is easy to control the temperature, whereby the temperature in the decomposition unit 56a can be controlled to an appropriate temperature. The heat recovered in the heat recovery unit 102 is preferably used for preheating the collected liquid, and the temperature in the NOx conversion device 56 is preferably controlled by the heater 56b. Further, an oxidation catalyst may be used in combination as the heater 56b.
さらに、分解部56a内には、硝酸分解触媒を配置し、硝酸類の熱分解を促進することが好適である。硝酸分解触媒は好ましくは白金であり、鉄、銅、亜鉛、金、銀、珪素、アルミニウム、マンガン、クロム、ニッケル、バナジウム、チタン、ジルコニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウムおよびランタノイド元素よりなる群から選ばれた少なくとも一種又は二種以上の金属またはその酸化物を用いることができる。これらの硝酸分解触媒は、担体に担持して用いてもよいし、分解部56aの壁に塗布してもよい。 Furthermore, it is preferable to dispose a nitric acid decomposition catalyst in the decomposition unit 56a to promote thermal decomposition of nitric acids. The nitric acid decomposition catalyst is preferably platinum, iron, copper, zinc, gold, silver, silicon, aluminum, manganese, chromium, nickel, vanadium, titanium, zirconium, molybdenum, tungsten, platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iridium and At least one or two or more metals selected from the group consisting of lanthanoid elements or oxides thereof can be used. These nitric acid decomposition catalysts may be used by being supported on a carrier, or may be applied to the wall of the decomposition portion 56a.
なお、硝酸類の熱分解のためには、数100°C(200〜500°C程度)に加熱することが好適であり、このためにエンジンの排熱を利用することが好適である。また、変換後のNOxガスにおけるNOx濃度は高い方がよい。そこで、NOxセンサ32により検出したNOx濃度が所定値以上の場合に、NOx変換装置56に捕集液を送るとよい。 In addition, for thermal decomposition of nitric acid, it is preferable to heat to several hundred degrees C (about 200-500 degrees C), and it is suitable to utilize the exhaust heat of an engine for this purpose. Moreover, the higher the NOx concentration in the converted NOx gas, the better. Therefore, when the NOx concentration detected by the NOx sensor 32 is equal to or higher than a predetermined value, the collected liquid may be sent to the NOx conversion device 56.
「NOxの添加」
ここで、図23の例では、NOx変換装置56からのNOxガスは、添加弁40bを介し、EGR管28のEGRクーラー30の上流側に供給されるとともに、添加弁40dを介し、吸気管16のインタークーラー18の上流側に供給される。添加弁40b,40dの開閉は、ECU42によって制御される。ECU42は、エンジン10の運転状態から、適切な添加弁40b,40dを選択してNOxをエンジン10の吸気側に添加する。なお、両方の添加弁40b,40dを一度に開いてもよいし、一方の添加弁40b,40dのみを利用してもよい。
“Addition of NOx”
Here, in the example of FIG. 23, the NOx gas from the NOx conversion device 56 is supplied to the upstream side of the EGR cooler 30 of the EGR pipe 28 via the addition valve 40b, and is also supplied to the intake pipe 16 via the addition valve 40d. To the upstream side of the intercooler 18. The opening and closing of the addition valves 40b and 40d is controlled by the ECU 42. The ECU 42 selects appropriate addition valves 40 b and 40 d from the operating state of the engine 10 and adds NOx to the intake side of the engine 10. Both the addition valves 40b and 40d may be opened at a time, or only one addition valve 40b and 40d may be used.
このように、EGR管28、吸気管16に、NOxガスを供給することで、エンジン10の吸気におけるNOx濃度を高くして、エンジン10の気筒10a内の燃焼時において、NOxを減少することができる。 In this way, by supplying NOx gas to the EGR pipe 28 and the intake pipe 16, the NOx concentration in the intake air of the engine 10 can be increased, and NOx can be reduced during combustion in the cylinder 10a of the engine 10. it can.
「EGR管への設置」
図24の例では、NOx変換装置56をEGR管28を利用して構成する。すなわち、NOx供給ポンプ38により、硝酸類を含む捕集液をEGR管28内に添加し、その下流側にNOx変換装置56を配置する。このNOx変換装置56は、EGR管28の一部をNOx変換装置56の分解部56aとして利用する。この分解部56aのEGR管28の周囲にはヒータ56bを設け、分解部56aの温度を適切なものに制御する。また、分解部56aのEGR管28の内壁には、硝酸分解触媒の層を形成する。なお、NOx変換装置56は、EGR管28とは切り離し、別の管として形成し、これをEGR管28から取り外せるようにするとよい。例えば、NOx変換装置56の両端にフランジを形成し、両側のEGR管28とボルト締めで固定するとよい。
“Installation on EGR pipe”
In the example of FIG. 24, the NOx conversion device 56 is configured using the EGR pipe 28. That is, the NOx supply pump 38 adds a collection liquid containing nitric acid into the EGR pipe 28, and the NOx conversion device 56 is disposed downstream thereof. The NOx conversion device 56 uses a part of the EGR pipe 28 as the decomposition unit 56 a of the NOx conversion device 56. A heater 56b is provided around the EGR pipe 28 of the decomposition unit 56a to control the temperature of the decomposition unit 56a appropriately. Further, a nitric acid decomposition catalyst layer is formed on the inner wall of the EGR pipe 28 of the decomposition portion 56a. The NOx conversion device 56 may be separated from the EGR pipe 28 and formed as a separate pipe so that it can be removed from the EGR pipe 28. For example, flanges may be formed at both ends of the NOx conversion device 56 and fixed to the EGR pipes 28 on both sides by bolting.
また、捕集液を分解部56aに向けて添加する添加弁40として、噴射弁を設けるとよい。噴射弁は捕集液のNOx量とエンジン運転条件から、ECU42により噴射量を制御してもよい。捕集液が直接分解部56aに添加されるため、捕集液の気化のための装置、エネルギーは不要である。 Moreover, it is good to provide an injection valve as the addition valve 40 which adds a collection liquid toward the decomposition part 56a. The injection valve may control the injection amount by the ECU 42 from the NOx amount of the collected liquid and the engine operating conditions. Since the collected liquid is directly added to the decomposition unit 56a, an apparatus and energy for vaporizing the collected liquid are not necessary.
分解部56aはEGRクーラー30の上流側に配置される。従って、その後に分解部56aを通過したガスがEGRクーラー30の熱交換器において冷却され、凝縮した水が分離される。従って、エンジン10の気筒10aにおいて、NOxと水の反応による硝酸生成が抑制される。 The disassembling part 56 a is disposed on the upstream side of the EGR cooler 30. Accordingly, the gas that subsequently passes through the decomposition unit 56a is cooled in the heat exchanger of the EGR cooler 30, and the condensed water is separated. Therefore, in the cylinder 10a of the engine 10, the production of nitric acid due to the reaction of NOx and water is suppressed.
EGRクーラー30に、配管及びポンプを設置し、凝縮した水をNOx貯蔵槽24に移送してもよい。これによりNOx貯蔵槽24に水を補充する必要がなく、連続的な排気浄化を行うことができる。 A pipe and a pump may be installed in the EGR cooler 30 and the condensed water may be transferred to the NOx storage tank 24. Thereby, it is not necessary to replenish the NOx storage tank 24 with water, and continuous exhaust purification can be performed.
EGR管28内に、NOx変換装置56を設置することで、ここにおいて排ガス中の未燃炭化水素およびCOが還元剤として作用する。そこで、NOx変換装置56において硝酸の分解が促進される。また、捕集液の蒸発潜熱によりEGR管28内のガスの温度が低下し、エンジン10の吸気温度を低下することができる。 By installing the NOx conversion device 56 in the EGR pipe 28, unburned hydrocarbons and CO in the exhaust gas act as a reducing agent. Therefore, decomposition of nitric acid is promoted in the NOx conversion device 56. Further, the temperature of the gas in the EGR pipe 28 is lowered by the latent heat of vaporization of the collected liquid, and the intake air temperature of the engine 10 can be lowered.
「吸気管への設置」
図25の例では、NOx変換装置56を吸気管16を利用して構成する。すなわち、NOx供給ポンプ38により、硝酸類を含む捕集液を吸気管16内に添加し、その下流側にNOx変換装置56を配置する。NOx変換装置56は、吸気管16の一部を分解部56aとして利用する。また、分解部56aのEGR管28の周囲にはヒータ56bを設け、分解部56aの温度を適切なものに制御する。
"Installation in the intake pipe"
In the example of FIG. 25, the NOx conversion device 56 is configured using the intake pipe 16. That is, the NOx supply pump 38 adds a collection liquid containing nitric acid into the intake pipe 16, and the NOx conversion device 56 is disposed downstream thereof. The NOx conversion device 56 uses a part of the intake pipe 16 as the decomposition unit 56a. Further, a heater 56b is provided around the EGR pipe 28 of the decomposition unit 56a to control the temperature of the decomposition unit 56a to an appropriate one.
なお、分解部56aの吸気管16の内壁には、硝酸分解触媒の層を形成するとよい。さらに、吸気管16の分解部56aの部分は、別の管として形成し吸気管16とボルト締めで固定するとよい。 A layer of nitric acid decomposition catalyst may be formed on the inner wall of the intake pipe 16 of the decomposition portion 56a. Further, the disassembly portion 56a of the intake pipe 16 may be formed as a separate pipe and fixed to the intake pipe 16 by bolting.
この例においても、NOx変換装置56の分解部56aはインタークーラー18の上流側に配置されるので、分解部56aを通過したガスがインタークーラー18において冷却され、凝縮した水が分離される。従って、エンジン10の気筒10aにおいて、NOxと水の反応による硝酸生成が抑制される。 Also in this example, since the decomposition part 56a of the NOx conversion device 56 is arranged upstream of the intercooler 18, the gas that has passed through the decomposition part 56a is cooled in the intercooler 18 and the condensed water is separated. Therefore, in the cylinder 10a of the engine 10, the production of nitric acid due to the reaction of NOx and water is suppressed.
インタークーラー18において凝縮した水をNOx貯蔵槽24に移送すれば、NOx貯蔵槽24に水を補充する必要がなく、連続的な排気浄化を行うことができる。また、この構成により、捕集液の蒸発潜熱により吸気温度の低下が見込まれる。 If the water condensed in the intercooler 18 is transferred to the NOx storage tank 24, it is not necessary to replenish the NOx storage tank 24 with water, and continuous exhaust purification can be performed. Also, with this configuration, the intake air temperature is expected to decrease due to the latent heat of vaporization of the collected liquid.
「複数箇所へのNOxの添加」
図26の例では、上述した図23の構成の排気流路、吸気流路とは別置きのNOx変換装置56を設ける例であるが、添加弁40aを介し、エンジン10の気筒10a内にもNOx変換装置56で得たNOxを供給できるようになっている。
"Adding NOx to multiple locations"
In the example of FIG. 26, an NOx conversion device 56 is provided separately from the exhaust flow path and intake flow path of the configuration of FIG. 23 described above, but also in the cylinder 10a of the engine 10 via the addition valve 40a. The NOx obtained by the NOx converter 56 can be supplied.
エンジン10の運転状態、特にエンジン10が吸気工程にあるか、EGR弁29の開閉状態がどうか、などによって、いずれの経路でNOxをエンジン10に供給すべきかが異なる。ECU42においてエンジン10の運転状態を検出し、適切なタイミングで添加弁40の開時期を制御することが好適である。 Depending on the operating state of the engine 10, in particular, whether the engine 10 is in the intake process or whether the EGR valve 29 is opened or closed, which route the NOx should be supplied to the engine 10 differs. It is preferable that the ECU 42 detects the operating state of the engine 10 and controls the opening timing of the addition valve 40 at an appropriate timing.
なお、分解部56aで生成したNOxと水が反応し硝酸となることを防ぐため、NOx配管にヒータを設置することも好適である。 In order to prevent NOx produced in the decomposition unit 56a from reacting with water to form nitric acid, it is also preferable to install a heater in the NOx pipe.
「配管を利用した構成」
図27には、NOx変換装置56の構成例が模式的に示されている。配管内空間を硝酸分解部として利用する例である。EGR管28や、吸気管16の内壁に熱分解を促進するための硝酸分解触媒56cが層状に形成され、これに対応する管内空間が分解部56aとなっている。硝酸分解触媒56cは、硝酸分解触媒を塗布または硝酸分解触媒を担持した担体が固定して形成することができる。また、この例では、分解部56aを形成する管を、EGR管28、吸気管16とは独立して形成して、途中に挿入する形式としている。
"Configuration using piping"
FIG. 27 schematically shows a configuration example of the NOx conversion device 56. This is an example in which the space in the pipe is used as the nitrate decomposition section. A nitric acid decomposition catalyst 56c for promoting thermal decomposition is formed in layers on the inner wall of the EGR pipe 28 and the intake pipe 16, and a corresponding pipe internal space is a decomposition portion 56a. The nitric acid decomposition catalyst 56c can be formed by applying a nitric acid decomposition catalyst or fixing a carrier carrying the nitric acid decomposition catalyst. In this example, the tube forming the disassembling portion 56a is formed independently of the EGR tube 28 and the intake tube 16, and is inserted in the middle.
そして、分解部56aの上流部に添加弁40から液状の捕集液を噴射することで、捕集液は、気化するとともに、硝酸類がNOxに熱分解される。そして、硝酸分解触媒56cがあるため、硝酸類の熱分解が促進される。なお、ヒータ56bは、配管の外周側に設けられており、分解部56aの適切な加熱を行う。 And by injecting a liquid collection liquid from the addition valve 40 to the upstream part of the decomposition part 56a, while a collection liquid evaporates, nitric acid is thermally decomposed to NOx. And since there exists the nitric acid decomposition catalyst 56c, thermal decomposition of nitric acid is accelerated | stimulated. In addition, the heater 56b is provided in the outer peripheral side of piping, and performs the suitable heating of the decomposition | disassembly part 56a.
図28の例では、管内の分解部56aに多孔体からなる硝酸分解触媒56cが配置されている。この硝酸分解触媒56cは、触媒をメッシュ状にしたり、ハニーコーム状などの各種形状の担体に担持した形態で分解部56aに設置される。ガスの流通を妨げずに、添加した捕集液中の硝酸の熱分解が効率的に行えれば、どのような形式にしてもよい。 In the example of FIG. 28, a nitric acid decomposition catalyst 56c made of a porous material is disposed in the decomposition portion 56a in the pipe. The nitric acid decomposition catalyst 56c is installed in the decomposition unit 56a in a form in which the catalyst is meshed or supported on a carrier having various shapes such as a honey comb. Any form may be used as long as the thermal decomposition of nitric acid in the added collection liquid can be efficiently performed without impeding the gas flow.
「エンジンの排熱利用」
図29の例では、エンジン10の吸気弁60近傍の吸気管16内に捕集液を噴射する構成であって、吸気弁の背面(上面)側に硝酸分解触媒56cの層が形成されている。吸気弁60はエンジン10の排熱によって加熱されているため、ここに供給された捕集液はすぐに気化して、熱分解される。なお、捕集液の噴射は吸気弁60が開いたタイミングで行い、捕集液は気化、熱分解されてそのまま気筒10a内に引き込まれる。エンジン排熱または排気熱のみで熱分解に必要な温度が得られれば、ヒータを設置しなくてもよい。その他に配管内の拡散板、各種バルブなど任意の金属部を硝酸分解部として利用することも可能である。
“Use of engine exhaust heat”
In the example of FIG. 29, the collected liquid is injected into the intake pipe 16 in the vicinity of the intake valve 60 of the engine 10, and a layer of the nitric acid decomposition catalyst 56c is formed on the back surface (upper surface) side of the intake valve. . Since the intake valve 60 is heated by the exhaust heat of the engine 10, the collected liquid supplied here is immediately vaporized and thermally decomposed. The collection liquid is injected at the timing when the intake valve 60 is opened. The collection liquid is vaporized and thermally decomposed and is directly drawn into the cylinder 10a. If the temperature required for thermal decomposition can be obtained only by engine exhaust heat or exhaust heat, it is not necessary to install a heater. In addition, any metal part such as a diffusion plate in the pipe and various valves can be used as the nitric acid decomposition part.
「添加弁の利用」
図30は、NOx添加弁40の内部を硝酸分解部として利用する例である。NOx添加弁40は、吸気管16(図23)、EGR管28(図23)、またはエンジン10の気筒10a(図26)に設置される。そして、添加弁40の上流側の管内の内側壁に硝酸分解触媒56cの層が形成される。また、管の周囲には、ヒータ56bが配置される。これによって、添加弁40の内部において、捕集液は加熱気化するとともに、硝酸が熱分解されて、NOXが添加弁40から噴出される。なお、エンジン排熱のみで熱分解に必要な温度が得られる場合には、ヒータ56bを設置しなくてもよい。
"Use of addition valve"
FIG. 30 shows an example in which the inside of the NOx addition valve 40 is used as a nitric acid decomposition unit. The NOx addition valve 40 is installed in the intake pipe 16 (FIG. 23), the EGR pipe 28 (FIG. 23), or the cylinder 10a of the engine 10 (FIG. 26). Then, a layer of the nitric acid decomposition catalyst 56c is formed on the inner wall in the pipe on the upstream side of the addition valve 40. A heater 56b is disposed around the pipe. As a result, the collection liquid is heated and vaporized inside the addition valve 40, and nitric acid is thermally decomposed, and NOX is ejected from the addition valve 40. In addition, when the temperature required for thermal decomposition can be obtained only by engine exhaust heat, the heater 56b need not be installed.
1 内燃機関、2 捕集装置、3 貯蔵タンク、4 添加装置、5 添加場状態検出装置、6 コントローラ、10 エンジン、10a 気筒、12 排気管、14 ターボチャージャ、15 エアフィルタ、16 吸気管、18 インタークーラー、20 NOx捕集装置、22 吸蔵媒体、24 NOx貯蔵槽、26 循環ポンプ、28 EGR管、29 EGR弁、30 EGRクーラー、32 NOxセンサ、34 回転数・トルクセンサ、36 NOx供給管、38 NOx供給ポンプ、40 添加弁、42 ECU、44 記憶手段、50 酸化剤生成装置、52 酸化剤供給弁、54 改質装置、56 NOx変換装置、58 NOx貯蔵槽、60 吸気弁、62 カム、64 連動機構、70 NOx供給管、72 回転位置計測装置、74,82 噴射制御装置、80 弁開閉検出装置、90 吸気バルブ、94,96 圧力センサ、98 添加場状態検出装置、100 等出力線。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine, 2 Collection apparatus, 3 Storage tank, 4 Addition apparatus, 5 Addition field state detection apparatus, 6 Controller, 10 Engine, 10a cylinder, 12 Exhaust pipe, 14 Turbocharger, 15 Air filter, 16 Intake pipe, 18 Intercooler, 20 NOx collection device, 22 Storage medium, 24 NOx storage tank, 26 Circulation pump, 28 EGR pipe, 29 EGR valve, 30 EGR cooler, 32 NOx sensor, 34 Speed / torque sensor, 36 NOx supply pipe, 38 NOx supply pump, 40 addition valve, 42 ECU, 44 storage means, 50 oxidant generator, 52 oxidant supply valve, 54 reformer, 56 NOx converter, 58 NOx storage tank, 60 intake valve, 62 cam, 64 Interlocking mechanism, 70 NOx supply pipe, 72 rotational position measuring device, 74, 82 jet Injection control device, 80 valve open / close detection device, 90 intake valve, 94, 96 pressure sensor, 98 addition field state detection device, 100 iso-output line.
Claims (7)
内燃機関の排気中に含まれるNOxを前記吸蔵媒体に吸蔵させる吸蔵手段と、
前記吸蔵媒体に吸蔵されたNOxを前記内燃機関の燃焼室へ供給するための供給手段と、
前記吸蔵媒体に吸蔵されたNOx量を検出する検出手段と、
前記内燃機関の回転数及びトルクを検出する回転数トルク検出手段と、
前記吸蔵媒体に吸蔵されたNOx量が所定値を超え、且つ、前記燃焼室へ供給されるNOx量、前記内燃機関の回転数及びトルクに基づいて、前記燃焼室へ供給されるNOx量から前記内燃機関が排出するNOx量を引いた差を示す浄化率を求め、前記浄化率が0%以上である場合に、前記供給手段を制御して前記吸蔵媒体に吸蔵されたNOxを前記燃焼室へ供給させる制御手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。 And occlusion media occlude NOx,
Occlusion means for occluding NOx contained in the exhaust gas of the internal combustion engine in the occlusion medium;
Supply means for supplying NOx stored in the storage medium to a combustion chamber of the internal combustion engine;
Detecting means for detecting the amount of NOx occluded in the occlusion medium;
Rotational speed torque detecting means for detecting the rotational speed and torque of the internal combustion engine;
The amount of NOx stored in the storage medium exceeds a predetermined value , and the NOx amount supplied to the combustion chamber is determined based on the NOx amount supplied to the combustion chamber, the rotational speed and torque of the internal combustion engine, and A purification rate indicating a difference obtained by subtracting the amount of NOx discharged from the internal combustion engine is obtained, and when the purification rate is 0% or more, the supply means is controlled to store NOx stored in the storage medium into the combustion chamber. Control means to supply;
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine.
前記内燃機関の排気中に含まれるNOxを硝酸に改質する改質手段、
をさらに備え、
前記吸蔵手段は、前記硝酸を前記吸蔵媒体に吸蔵させる、
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1,
Reforming means for reforming NOx contained in the exhaust gas of the internal combustion engine into nitric acid;
Further comprising
The storage means stores the nitric acid in the storage medium.
An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
前記改質手段は、前記内燃機関の排気に酸化剤を添加する、
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 2,
The reforming means adds an oxidant to the exhaust gas of the internal combustion engine.
An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
前記改質手段は、前記吸蔵媒体に酸化剤を添加する、
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 2,
The modifying means adds an oxidizing agent to the storage medium.
An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
前記吸蔵媒体は水又は水溶液である、
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1,
The occlusion medium is water or an aqueous solution.
An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
前記吸蔵媒体に吸蔵されたNOxは、硝酸又は硝酸イオンとして存在する、
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1,
NOx occluded in the occlusion medium is present as nitric acid or nitrate ions.
An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
前記吸蔵媒体を貯蔵する貯蔵手段と、
前記吸蔵媒体を前記吸蔵手段と前記貯蔵手段の間で循環させる循環手段と、
をさらに備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1,
Storage means for storing the storage medium;
A circulating means for circulating the storage medium between the storage means and the storage means;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, further comprising:
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