JP7006138B2 - Post-processing equipment - Google Patents
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Description
本開示は、内燃機関から排出される排ガスを浄化する後処理装置に関する。 The present disclosure relates to an aftertreatment device for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine.
車両には、内燃機関から排出される排ガスを浄化する後処理装置が搭載されている。 The vehicle is equipped with an aftertreatment device that purifies the exhaust gas emitted from the internal combustion engine.
例えば特許文献1には、内燃機関の複数の気筒にそれぞれ対応する複数の排気ポートの全てに酸化触媒(Diesel Oxidation Catalyst:以下、DOCという)が配置され、複数の排気ポートの下流側に接続された排気管に別のDOCが配置された後処理装置が開示されている。 For example, in Patent Document 1, an oxidation catalyst (Diesel Oxidation Catalyst: hereinafter referred to as DOC) is arranged in all of a plurality of exhaust ports corresponding to a plurality of cylinders of an internal combustion engine, and is connected to the downstream side of the plurality of exhaust ports. A post-treatment device in which another DOC is arranged in an exhaust pipe is disclosed.
しかしながら、特許文献1の後処理装置では、所定の気筒に対して燃料の噴射を行った場合、排気ポートに配置されたDOCにおいて未燃燃料の酸化反応が進行し、排気ポート下流側の排気管で熱損失が生じる。その結果、排気ポート下流側の排気管を流れる排ガスが、十分に昇温しないおそれがある。 However, in the aftertreatment device of Patent Document 1, when the fuel is injected into a predetermined cylinder, the oxidation reaction of the unburned fuel proceeds in the DOC arranged in the exhaust port, and the exhaust pipe on the downstream side of the exhaust port proceeds. Causes heat loss. As a result, the exhaust gas flowing through the exhaust pipe on the downstream side of the exhaust port may not be sufficiently heated.
本開示の目的は、排ガスを十分に昇温させることができる後処理装置を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide an aftertreatment device capable of sufficiently raising the temperature of exhaust gas.
本開示の態様の後処理装置は、車両の内燃機関から排出され、排気マニホールド、排気管の順に流れる排ガスを浄化する後処理装置であって、前記排気マニホールドは、前記内燃機関の複数の気筒のそれぞれに対応する複数の排気ポートを備えるとともに、前記複数の排気ポートの全ての下流側が合流した合流部分を備えており、前記排気管の上流端は、前記合流部分に接続されており、前記複数の排気ポートのうち、一部の排気ポートに設けられた第1酸化触媒と、前記排気管に設けられた第2酸化触媒または受動性NOx吸収剤と、を有し、前記第1酸化触媒が設けられていない前記排気ポートに対して燃料の噴射が行われる。 The post-treatment device according to the present disclosure is a post-treatment device for purifying exhaust gas discharged from the internal combustion engine of a vehicle and flowing in the order of an exhaust manifold and an exhaust pipe. The exhaust manifold is a plurality of cylinders of the internal combustion engine. A plurality of exhaust ports corresponding to each are provided, and a merging portion where all the downstream sides of the plurality of exhaust ports are merged is provided, and the upstream end of the exhaust pipe is connected to the merging portion . Among the plurality of exhaust ports, the first oxidation catalyst provided in some of the exhaust ports and the second oxidation catalyst or passive NOx absorber provided in the exhaust pipe are provided. Fuel is injected into the exhaust port that is not provided with an oxidation catalyst.
本開示によれば、排ガスを十分に昇温させることができる。 According to the present disclosure, the exhaust gas can be sufficiently heated.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、本実施の形態に係る後処理装置100について、図1を用いて説明する。図1は、後処理装置100の構成の一例を示す模式図である。
First, the
図1に示す後処理装置100は、車両に搭載され、ディーゼルエンジン1(内燃機関の一例)の排ガスに含まれる有害成分を浄化する装置である。有害成分は、例えば、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HCs)、スス等である。
The
図1において、ディーゼルエンジン1の各気筒2a~2dから排出された排ガスは、図中の左側から右側へ流れる。
In FIG. 1, the exhaust gas discharged from each
排気マニホールド(Exhaust Manifold)3は、気筒2a~2dのそれぞれに接続された排気ポート3a~3dを備える。
The
図1の例では、排気ポート3aおよび排気ポート3dのそれぞれに、排ガス中の一酸化窒素(NO)を酸化させて二酸化窒素(NO2)を生成するDOC(Diesel Oxidation Catalyst)4が配置されている。DOC4は、「第1酸化触媒」の一例に相当する。
In the example of FIG. 1, a DOC (Diesel Oxidation Catalyst) 4 that oxidizes nitric oxide (NO) in the exhaust gas to generate nitrogen dioxide (NO 2 ) is arranged in each of the
DOC4は、排気ポート3aまたは排気ポート3dにおいて、可能な限り高温の排ガスに接し、かつ、DOC4の活性化温度以上の時間が長くなる位置に配置されている。
The
また、DOC4は、例えば、一酸化炭素(CO)の浄化に優れる金属触媒と、酸素吸蔵能(OSC:Oxygen Storage Capacity)を有する酸化物と、酸化物半導体とを含んで構成される。酸素吸蔵能を有する酸化物は、例えば、Ce(セリウム)を含む酸化物であってもよい。また、酸素吸蔵能を有する酸化物には、貴金属を担持させてもよい。また、酸化物半導体は、例えば、TiO2(二酸化チタン)、ZnO(酸化亜鉛)、Y2O3(酸化イットリウム)等であってもよい。
Further, the
一方、図1の例では、排気ポート3bおよび排気ポート3cに、DOC4は配置されていない。
On the other hand, in the example of FIG. 1, DOC4 is not arranged in the
DOC4が配置されていない排気ポート3bに対応する気筒2b、または、DOC4が配置されていない排気ポート3cに対応する気筒2cに対しては、燃料噴射装置(図示略)により燃料の噴射が行われる。燃料の噴射は、例えば、DPF8の再生を目的に行われるポスト噴射やアフター噴射等である。
Fuel is injected by a fuel injection device (not shown) to the
排気マニホールド3の下流側には、排気管5が接続されている。
An
排気管5には、ターボチャージャ6の排気タービン6aが設けられている。排気タービン6aは、排気管5を流れる排ガスによって駆動される。吸気管(図示略)に設けられたコンプレッサ6bは、排気タービン6aの駆動によって同軸駆動され、吸気を圧縮する。
The
また、排気管5には、排気タービン6aの下流側に、DOC(Diesel Oxidation Catalyst)7およびDPF(Diesel Particulate Filter)8が設けられている。
Further, the
DOC7は、排ガス中の一酸化窒素(NO)や炭化水素(HCs)を酸化させて二酸化窒素(NO2)と水を生成する。DOC7は、「第2酸化触媒」の一例に相当する。 DOC7 oxidizes nitric oxide (NO) and hydrocarbons (HCs) in the exhaust gas to produce nitrogen dioxide (NO 2 ) and water. DOC7 corresponds to an example of "second oxidation catalyst".
DPF8は、排ガス中のPM(粒子状物質)を捕集して取り除く。DPF8は、「微粒子捕集フィルタ」の一例に相当する。 DPF8 collects and removes PM (particulate matter) in the exhaust gas. DPF8 corresponds to an example of a "fine particle collection filter".
DOC7およびDPF8を通過した排ガスは、排出口(図示略)から車外へ排出される。 The exhaust gas that has passed through the DOC7 and the DPF8 is discharged to the outside of the vehicle from the discharge port (not shown).
以上、後処理装置100の構成について説明した。
The configuration of the
ここまで詳述したように、本実施の形態の後処理装置100によれば、複数の排気ポート3a~3dのうちの一部の排気ポート3a、3dにDOC4を配置し、DOC4が配置されない排気ポート3b、3cに対応する気筒2b、2cに対して燃料噴射が行われることを特徴とする。これにより、燃料噴射の際に、DOC4で未燃燃料の酸化反応が進行することがないため、排気管5における熱損失の発生を回避できる。その結果、排気管5を流れる排ガスを、十分に昇温させることができる。
As described in detail so far, according to the
特に、図1に示すようにDOCの上流側にターボチャージャ6の排気タービン6aが設けられている場合では、排ガスが排気タービン6aにより使用されることで、DOC7の温度が上昇しにくくなるため、本実施の形態の構成は、有効である。
In particular, when the
また、仮に図1に示した構成においてDOC4が1つも設けられていないとすると、DOC7の上流側の端面において排ガスに含まれるススや粘性の高い炭化水素(HCs)が固着する「端面詰まり」が発生することがある。端面詰まりが発生すると、例えば、排ガスの圧力損失によって燃費が悪化したり、目詰まりしていない部分に排ガスの流れが集中してしまい、有害成分の分解性能が低下したりする。 Further, assuming that no DOC4 is provided in the configuration shown in FIG. 1, soot and highly viscous hydrocarbons (HCs) contained in the exhaust gas adhere to the end face on the upstream side of the DOC7, resulting in "end face clogging". May occur. When end face clogging occurs, for example, fuel efficiency deteriorates due to pressure loss of exhaust gas, or the flow of exhaust gas concentrates on a portion that is not clogged, and the decomposition performance of harmful components deteriorates.
これに対し、本実施の形態の後処理装置100では、排気ポート3a、3dに設けられたDOC4によって、排気ポート3a、3dの排ガスに含まれる一酸化窒素(NO)を酸素(O2)と反応させて二酸化窒素(NO2)を生成することができる。二酸化窒素(NO2)は強い酸化力を有するため、DOC7の上流側端面に堆積したススや炭化水素(HCs)を酸化分解できる。その結果、DOC7の端面詰まりを防止できる。
On the other hand, in the
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。以下、各変形例について説明する。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present invention. Hereinafter, each modification will be described.
[変形例1]
実施の形態では、DOC4が排気ポート3aおよび排気ポート3dに配置される場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、DOC4は、排気ポート3aおよび排気ポート3bに配置されてもよいし、排気ポート3aおよび排気ポート3cに配置されてもよいし、排気ポート3bおよび排気ポート3cに配置されてもよいし、排気ポート3bおよび排気ポート3dに配置されてもよい。
[Modification 1]
In the embodiment, the case where the
[変形例2]
実施の形態では、DOC4が配置される排気ポートが2つである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、排気ポート3aのみにDOC4を配置してもよいし、排気ポート3a~3cのそれぞれにDOC4を配置してもよい。すなわち、排気ポート3a~3dのうち少なくとも1つの排気ポートにはDOC4を配置しない構成とすればよい。換言すれば、排気マニホールドがN個(Nは2以上の整数)の排気ポートを備えている場合、DOC4が配置される排気ポートの数は、(N-1)以下であればよい。
[Modification 2]
In the embodiment, the case where the DOC4 is arranged in two exhaust ports has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the
[変形例3]
実施の形態では、ディーゼルエンジン1が4気筒であり、排気マニホールド3が各気筒2a~2dに対応する排気ポート3a~3dを備える場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、ディーゼルエンジン1が6気筒であり、排気マニホールド3が6つの気筒にそれぞれ対応する6つの排気ポートを備えている場合、6つの排気ポートのうち一部の排気ポートにDOC4を配置するようにしてもよい。換言すれば、6つの排気ポートのうち少なくとも1つの排気ポートには、DOC4が配置されないようにしてもよい。なお、この場合のDOC4の最大配置数は、5個である。
[Modification 3]
In the embodiment, the case where the diesel engine 1 has four cylinders and the
また、本実施の形態では、内燃機関がディーゼルエンジンである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えばガソリンエンジンであってもよい。 Further, in the present embodiment, the case where the internal combustion engine is a diesel engine has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and for example, a gasoline engine may be used.
[変形例4]
実施の形態では、後処理装置100が図1に示した各構成要素を有する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、後処理装置100は、図1に示した構成要素のうち、少なくとも、一部の排気ポートに設けられたDOC4、および、DOC4の下流側に設けられたDOC7を備えればよい。
[Modification 4]
In the embodiment, the case where the
なお、図2に示すように、後処理装置100は、排気管5において、DOC7の代わりに、PNA(受動性NOx吸収剤)9を有してもよい。その場合、後処理装置100は、図2に示した構成要素のうち、少なくとも、一部の排気ポートに設けられたDOC4、および、DOC4の下流側に設けられたPNA9を備えればよい。
As shown in FIG. 2, the
<本開示のまとめ>
本発明の後処理装置は、車両の内燃機関から排出され、排気マニホールド、排気管の順に流れる排ガスを浄化する後処理装置であって、排気マニホールドは、内燃機関の複数の気筒のそれぞれに対応する複数の排気ポートを備えるとともに、複数の排気ポートの全ての下流側が合流した合流部分を備えており、排気管の上流端は、合流部分に接続されており、複数の排気ポートのうち、一部の排気ポートに設けられた第1酸化触媒と、排気管に設けられた第2酸化触媒または受動性NOx吸収剤と、を有し、第1酸化触媒が設けられていない排気ポートに対して燃料の噴射が行われる。
<Summary of this disclosure>
The aftertreatment device of the present invention is an aftertreatment device that purifies the exhaust gas discharged from the internal combustion engine of the vehicle and flows in the order of the exhaust manifold and the exhaust pipe, and the exhaust manifold corresponds to each of a plurality of cylinders of the internal combustion engine. It is equipped with a plurality of exhaust ports and a confluence portion where all the downstream sides of the plurality of exhaust ports are merged, and the upstream end of the exhaust pipe is connected to the confluence portion, and one of the plurality of exhaust ports is provided. For an exhaust port having a first oxidation catalyst provided in the exhaust port of the unit and a second oxidation catalyst or a passive NOx absorber provided in the exhaust pipe, and not provided with the first oxidation catalyst. The fuel is injected.
なお、上記後処理装置において、複数の排気ポートの数がN(Nは2以上の整数)である場合、第1酸化触媒が設けられる一部の排気ポートの数は、(N-1)以下であってもよい。 In the above-mentioned aftertreatment device, when the number of a plurality of exhaust ports is N (N is an integer of 2 or more), the number of some exhaust ports provided with the first oxidation catalyst is (N-1) or less. May be.
また、上記後処理装置において、第1酸化触媒の下流側かつ第2酸化触媒または受動性NOx吸収剤の上流側に、ターボチャージャの排気タービンが設けられてもよい。 Further, in the post-treatment apparatus, a turbocharger exhaust turbine may be provided on the downstream side of the first oxidation catalyst and on the upstream side of the second oxidation catalyst or the passive NOx absorber.
また、上記後処理装置において、第2酸化触媒または受動性NOx吸収剤の下流側に、微粒子捕集フィルタが設けられてもよい。 Further, in the post-treatment device, a fine particle collection filter may be provided on the downstream side of the second oxidation catalyst or the passive NOx absorber.
本発明は、内燃機関から排出される排ガスを浄化する技術に適用できる。 The present invention can be applied to a technique for purifying exhaust gas emitted from an internal combustion engine.
1 ディーゼルエンジン
2a~2d 気筒
3 排気マニホールド
3a~3d 排気ポート
4、7 DOC
5 排気管
6 ターボチャージャ
6a 排気タービン
6b コンプレッサ
8 DPF
9 PNA
100 後処理装置
1
5
9 PNA
100 Post-processing equipment
Claims (4)
前記排気マニホールドは、前記内燃機関の複数の気筒のそれぞれに対応する複数の排気ポートを備えるとともに、前記複数の排気ポートの全ての下流側が合流した合流部分を備えており、
前記排気管の上流端は、前記合流部分に接続されており、
前記複数の排気ポートのうち、一部の排気ポートに設けられた第1酸化触媒と、
前記排気管に設けられた第2酸化触媒または受動性NOx吸収剤と、を有し、
前記第1酸化触媒が設けられていない前記排気ポートに対して燃料の噴射が行われる、
後処理装置。 It is an aftertreatment device that purifies the exhaust gas discharged from the internal combustion engine of the vehicle and flows in the order of the exhaust manifold and the exhaust pipe .
The exhaust manifold includes a plurality of exhaust ports corresponding to each of the plurality of cylinders of the internal combustion engine, and also includes a confluence portion where all the downstream sides of the plurality of exhaust ports merge.
The upstream end of the exhaust pipe is connected to the confluence portion and is connected to the confluence portion.
Of the plurality of exhaust ports, the first oxidation catalyst provided in some of the exhaust ports and
It has a second oxidation catalyst or a passive NOx absorber provided in the exhaust pipe, and has.
Fuel is injected into the exhaust port to which the first oxidation catalyst is not provided.
Post-processing device.
前記第1酸化触媒が設けられる前記一部の排気ポートの数は、(N-1)以下である、
請求項1に記載の後処理装置。 When the number of the plurality of exhaust ports is N (N is an integer of 2 or more),
The number of the partial exhaust ports provided with the first oxidation catalyst is (N-1) or less.
The post-processing device according to claim 1.
請求項1または2に記載の後処理装置。 An exhaust turbine of a turbocharger is provided on the downstream side of the first oxidation catalyst and on the upstream side of the second oxidation catalyst or the passive NOx absorber.
The post-processing apparatus according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか1項に記載の後処理装置。 A fine particle collection filter was provided on the downstream side of the second oxidation catalyst or the passive NOx absorber.
The post-processing apparatus according to any one of claims 1 to 3.
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