JPH10121952A - ディーゼル機関の排ガス浄化方法及び装置 - Google Patents

ディーゼル機関の排ガス浄化方法及び装置

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JPH10121952A
JPH10121952A JP8282335A JP28233596A JPH10121952A JP H10121952 A JPH10121952 A JP H10121952A JP 8282335 A JP8282335 A JP 8282335A JP 28233596 A JP28233596 A JP 28233596A JP H10121952 A JPH10121952 A JP H10121952A
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JP
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exhaust gas
secondary air
intake
catalyst device
engine
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JP8282335A
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Mitsuru Hosoya
満 細谷
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Hino Motors Ltd
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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ディーゼル機関の吸気量が制御され、ディーゼ
ル機関の排ガス温度が触媒装置による排ガス浄化に必要
な所定値以上に維持され、排ガス中のNOx、HC及び
COが効果的に減少されるようにする。 【解決手段】ディーゼル機関の吸気量を制御する吸気絞
り手段27、排ガス通路に配置されるNOx還元触媒装
置35、酸化触媒装置36、酸化触媒装置36の入口付
近の排ガス中へ二次空気を供給する二次空気供給手段4
8、及び吸気量を制御する吸気量制御信号A1及び二次
空気量を制御する二次空気量制御信号A2をそれぞれ吸
気絞り手段27及び二次空気供給手段48へ供給可能な
コンピュータを具備する。コンピュータは、機関回転数
信号S1、機関負荷信号S2、NOx還元触媒装置入口に
設けた温度センサー34から供給される排ガス温度信号
3、及びNOx還元触媒装置37入口に設けた酸素セ
ンサー50から供給される排ガス酸素濃度信号S4に基
づいて、吸気量制御信号A1及び二次空気量制御信号A2
を計算し出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼル機関の
排ガス中のNOx、HC及びCOを触媒装置を利用して
減少させる排ガス浄化方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ディーゼル機関の排ガスは、大気汚染の
原因となるNOx、HC及びCOを含む。これらを排気
通路に設けられる触媒装置により浄化する場合、NOx
の還元には、排ガス温度が高く酸素濃度が低い還元雰囲
気が必要であり、HC及びCOの酸化無害化には、排ガ
ス温度が高く酸素濃度が高い酸化雰囲気が必要であるこ
とが知られている。
【0003】特開平4−284118号公報は、内燃機
関の排気通路の途中に排気を浄化する相互に直列に設け
られた2つの触媒と、この2つの触媒のうち上流側触媒
の上流側排気通路に連通して二次空気が供給される上流
空気通路、及び上流側触媒と下流側触媒との間の排気通
路に連通して二次空気が供給される下流空気通路を備
え、排気温度が所定値以下のとき、上流空気通路からの
み二次空気を供給し、排気温度が所定値を超えるとき、
下流空気通路からのみ二次空気を供給する内燃機関の排
気装置を開示する。この排気装置は、排気温度が所定値
以下のときは、上流側通路へ供給される二次空気により
上流側触媒において排気の燃焼を促進し排気温度を上昇
させて上流側触媒の活性化を促進しすると共に、下流側
触媒の入口温度を高め転化効率を高めている。また、排
気温度が所定値を超えるときは、上流側触媒においてN
Oxが増大することを避け、下流側触媒において二次空
気の存在下でHCを低減させている。
【0004】特開平8−121154号公報は、エンジ
ンの排気系統にNOx浄化触媒を備えたディーゼルエン
ジン排気ガス浄化方法において、エンジン回転数と燃料
噴射量から負荷状態を判別し、高負荷の場合、直接、N
Ox触媒を経て排気ガスを放出し、中・低負荷の場合、
EGR装置を用いて排気ガスの一部を吸気管に還流して
いる。また、特開平8−121154号公報は、NOx
を還元する還元剤を排気管に供給する還元剤供給ノズル
を備えたディーゼルエンジン排気ガス浄化装置を開示し
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ディ
ーゼル機関の吸気量が制御され、ディーゼル機関の排ガ
ス温度が触媒装置による排ガス浄化に必要な所定値以上
に維持され、排ガス通路に配置されるNOx還元触媒装
置及びその下流に配置される酸化触媒装置により、排ガ
ス中のNOx、HC及びCOが効果的に減少されるよう
にすることである。本発明の別の目的は、ディーゼル機
関の吸気量が制御されることにより排ガス中の酸素濃度
を低下させるとともに排ガスの酸素濃度を低下させると
ともに排ガスの温度を上昇させ、未燃炭化水素を増加す
ることにより、NOx触媒でのNOx低減反応を促進す
るとともに、二次空気を供給する二次空気供給手段を設
け、二次空気量を制御して排ガス中の酸素濃度が所定範
囲にあるようにし、排ガス通路に配置される酸化触媒装
置により、排ガス中のHC及びCOが効果的に減少され
るようにすることである。
【0006】本発明の更に別の目的は、ディーゼル機関
の始動時に吸入空気量が減少されて排ガス温度が上昇し
排ガス中の未燃燃料分が増加されNOx触媒上で酸化反
応により温度上昇され、排ガス中へ供給される二次空気
により未燃分が酸化燃焼され、排ガス中のHC及びCO
が効果的に減少されるようにすることである。本発明の
他の目的及び利点は、以下の説明において明らかにされ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のディーゼル機関
の排ガス浄化方法において、ディーゼル機関は、吸気通
路に配置される吸気絞り手段、並びに排ガス通路に順に
配置されるNOx還元触媒装置、二次空気供給ノズル、
及び酸化触媒装置を備える。本発明の排ガス浄化方法
は、機関回転数、機関負荷、排ガス温度、及び排ガス酸
素濃度を検出し、これらの検出値に基づいて、機関始動
時又は排ガス温度が所定温度以下の状態であることが判
定されるとき、吸気絞り手段を作動させることにより前
記検出値に基づいて計算された吸気制御量だけ吸気量を
減少させると共に、前記二次空気供給ノズルから前記検
出値に基づいて計算された二次空気制御量だけ二次空気
を供給し、それにより、排ガス中のNOx、HC及びC
Oを減少させる。
【0008】本発明の排ガス浄化装置は、ディーゼル機
関の排ガス中のNOx、HC及びCOを減少させる排ガ
ス浄化装置であって、ディーゼル機関のエアクリーナと
吸気マニホルドとの間の吸気通路に配置されて機関の吸
気量を吸気量制御信号に応じて制御する吸気絞り手段、
排ガス通路に配置されるNOx還元触媒装置、排ガス通
路のNOx還元触媒装置の下流側に配置される酸化触媒
装置、酸化触媒装置の入口付近の排ガス中へ二次空気を
二次空気量制御信号に応じて供給する二次空気供給手
段、及び吸気量制御信号及び二次空気量制御信号をそれ
ぞれ吸気絞り手段及び二次空気制御手段へ供給可能なコ
ンピュータを具備する。
【0009】コンピュータは、機関回転数センサーから
供給される機関回転数信号、機関負荷センサーから供給
される機関負荷信号、NOx還元触媒装置入口に設けた
温度センサーから供給される排ガス温度信号、及びNO
x還元触媒装置入口に設けた酸素センサーから供給され
る排ガス酸素濃度信号に基づいて、吸気量制御信号及び
二次空気量制御信号を計算し出力する。即ち、吸気量制
御信号は、シリンダ内の良好な燃焼及び所定の機関出力
を生じるように、コンピュータにより、機関回転数、機
関負荷信号、NOx還元触媒装置入口に設けた温度セン
サーから供給される排ガス温度信号、及び排ガス酸素濃
度信号に基づいて、計算し出力される。また、二次空気
制御信号は、酸化触媒装置において排ガスの未燃分が効
率よく燃焼され浄化されように、コンピュータにより、
機関回転数信号、機関負荷信号、排ガス温度信号、排ガ
ス温度に基づいて計算し出力される。機関負荷センサー
は、機関の燃料噴射ポンプの負荷を検出するものとする
ことができる。
【0010】本発明の実施の1つの形態において、吸気
量制御信号は、機関始動時及び排ガス温度が450°C
以下のとき吸気量を減少させるものであり、二次空気量
制御信号は、排ガス中の酸素濃度が所定範囲にあるよう
に、吸気量が絞られるとき二次空気量を供給するもので
ある。また、NOx還元触媒装置の上流側の排ガス内へ
還元剤を供給可能な還元剤供給手段を具備する。NOx
還元触媒装置は、還元触媒としてPt−Al23、Pd
−Al23、Rh−Al23、Ir−Al23、及びA
g−Al23の内の少なくとも1つを含む。また、NO
x還元触媒装置は、還元触媒としてCu−Al23、F
e−Al23、Co−Al23、及びNi−Al23
内の少なくとも1つを含むことができる。酸化触媒装置
は、酸化触媒としてPt−Al23又はPd−Al23
を含む。
【0011】
【作用】本発明の排ガス浄化方法において、機関回転
数、機関負荷、排ガス温度、及び排ガス酸素濃度を検出
し、これらの検出値に基づいて、機関始動時又は排ガス
温度が所定温度以下の状態であることが判定されると
き、吸気絞り手段を作動させることにより前記検出値に
基づいて計算された吸気制御量だけ吸気量を減少させ
る。これにより排ガス温度が上昇されると共に排ガス中
の未燃炭化水素分が増大され、更には排ガス中の酸素濃
度が低下することから還元触媒装置においてNOxが還
元浄化される。また、本発明の排ガス浄化方法におい
て、二次空気供給ノズルから前述の検出値に基づいて計
算された二次空気制御量だけ二次空気が酸化触媒に対し
供給され、排ガス中のHC及びCOを酸化する。
【0012】本発明の排ガス浄化装置において、ディー
ゼル機関のエアクリーナと吸気マニホルドとの間の吸気
通路に配置されたれる吸気絞り手段は、コンピュータか
ら供給される吸気量制御信号に応じて、吸気量を増減す
る。コンピュータは、機関回転数信号、機関負荷信号、
NOx還元触媒装置入口に設けた温度センサーから供給
される排ガス温度信号、及び排ガス酸素濃度信号を入力
され、排ガス温度が触媒装置による排ガス浄化に必要な
所定値、例えば400°C以上となるように、吸気量制
御信号を発生する。所定温度の排ガスは、排ガス通路に
配置されるNOx還元触媒装置及びその下流に配置され
る酸化触媒装置により、NOx、HC及びCOが浄化さ
れる。
【0013】本発明において酸化触媒装置の入口付近の
排ガス中へ二次空気を供給する二次空気供給手段は、コ
ンピュータから供給される二次空気量制御信号に応じて
二次空気量を増減する。コンピュータは、排ガス中の酸
素濃度が所定範囲にあるように、二次空気量制御信号を
発生する。所定範囲の酸素濃度の排ガスは、酸化触媒装
置においてHC及びCOを酸化され浄化される。ディー
ゼル機関の始動時には、吸気絞り手段により吸気量が減
少され、それにより排ガス温度が上昇するとともに排ガ
ス中の未燃分濃度が増大される。排ガス温度が上昇し未
燃分濃度の増大された排ガスは、排気通路において、N
Ox触媒によりNOxを低減するとともに二次空気供給
手段から二次空気を供給され酸化燃焼されることによ
り、NOx、HC、及びCO成分が浄化され無害化され
る。ディーゼル機関の燃焼室において高濃度のNOxが
発生されるとき、NOx還元触媒装置の上流側に設けた
還元剤供給手段から還元剤(軽油)が供給され、NOx
還元触媒装置において効果的に排ガス中のNOx成分が
低減される。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の排ガス浄化装置
の1実施例を示す図解的な配置図である。図1の排ガス
浄化装置は、ディーゼル機関10のエアクリーナ22と
吸気マニホルド24との間の吸気通路23に配置される
吸気絞り手段27を備える。吸気絞り手段27は、吸気
通路断面積を増減することができるダンパー25及びコ
ンピュータ16から供給される吸気量制御信号A1に応
じてダンパー25の開度を変更するアクチュエータ26
を含み、ディーゼル機関の吸気量を制御できる。
【0015】機関本体11に排気マニホルド32が連結
され、排気マニホルド32に排ガス通路33が連結さ
れ、排ガス通路33に触媒装置37が配置される。触媒
装置37は、排ガスの流れの上流側NOx還元触媒装置
35及び下流側酸化触媒装置36を含む。触媒装置37
の下流側にマフラー38が配置される。排気マニホルド
32と触媒装置37の間の排ガス通路に排ガスの温度を
測定し排ガス温度信号S3を発生可能な温度センサー3
4及び排ガス酸素濃度信号S4を発生可能な酸素センサ
ー50が配置される。
【0016】二次空気供給手段48が、NOx還元触媒
装置35と酸化触媒装置36の間の排ガス中へ二次空気
を供給するように配置される。二次空気供給手段48
は、二次空気用エアクリーナ42、二次空気供給ポンプ
44、及び触媒装置37内に開口する二次空気ノズル4
6を具備する。二次空気供給手段48は、コンピュータ
16から供給される二次空気量制御信号A2に応じて二
次空気供給ポンプ44を作動させ、排ガス中へ供給され
る二次空気量を増減させる。
【0017】ディーゼル機関は、機関回転数信号S1
発生可能な機関回転数センサー14、機関負荷信号S2
を発生可能な負荷センサー12、触媒装置37の入口付
近に設けられ排ガス温度信号S3を発生可能な温度セン
サー34、同じくNOx還元触媒装置35の入口付近に
設けられ排ガス酸素濃度信号S4を発生可能な酸素セン
サー50を具備する。負荷センサー12は、燃料噴射ポ
ンプ13の負荷を検出するものとすることができる。
【0018】コンピュータ16は、機関回転数信号
1、機関負荷信号S2、排ガス温度信号S3及び排ガス
酸素濃度信号S4に基づいて、吸気量制御信号A1及び二
次空気量制御信号A2を計算し出力する。吸気量制御信
号A1は、通常は、シリンダ内の燃焼に必要な吸入空気
量が供給されると共に、排ガスがNOx還元触媒装置3
5において還元雰囲気となるように、コンピュータによ
り計算され出力されるが、始動時には、排ガス温度が上
昇するように、例えば、吸気量を絞らない場合80°C
のところを200°Cとなるように、計算され出力され
る。
【0019】これにより、機関始動時に、触媒装置37
の入口の排ガス温度が上昇されると共に、排ガス中の未
燃分が増大され酸素濃度が低くなることから、NOx還
元触媒装置によりNOxが還元される。還元触媒装置を
通過した未燃炭化水素は、二次空気供給手段48から供
給される二次空気により燃焼され、触媒装置による排ガ
スの浄化率を上昇させ得る。また、吸気量制御信号A1
は、中負荷運転時において排ガス温度が450°C以下
のときは、吸気量を減少させ排ガス温度が上昇するとと
もに酸素濃度が低下するように計算され出力される。
【0020】二次空気制御信号A2は、コンピュータ1
6により、酸化触媒装置36において排ガス中の未燃分
の燃焼に必要な二次空気量が供給されるように、計算さ
れ出力される。二次空気量制御信号A2は、排ガス中の
酸素濃度が所定範囲にあるように、吸気量が絞られる始
動時、二次空気を供給するように計算され出力される。
【0021】本発明の1実施態様において、NOx還元
触媒装置の上流側の排ガス内へ還元剤、好ましくは、軽
油、を供給可能な還元剤供給手段(図示されない)が具
備され得る。還元剤は、触媒装置37における排ガス温
度がNOx還元触媒の活性温度領域にあるとき、排ガス
内へ供給され、NOx還元触媒上で排ガス中のNOxと
反応し、NOxは、還元される。
【0022】NOx還元触媒装置35は、Pt−Al2
3、Pd−Al23、Rh−Al23、Ir−Al2
3、及びAg−Al23の内の少なくとも1つの貴金属
還元触媒を含む。また、NOx還元触媒装置35は、C
u−Al23、Fe−Al23、Co−Al23、及び
Ni−Al23の内の少なくとも1つの卑金属還元触媒
を含むことができる。酸化触媒装置36は、酸化触媒と
してPt−Al23又はPd−Al23を含む。
【0023】図2は、NOx還元触媒として、Ag−A
23を使用し、Pt−Al23を使用した場合におけ
るディーゼル機関の負荷と排ガス中のNOx、CO及び
HCの浄化率の関係を示すグラフである。グラフ中の横
軸は、機関最大負荷に対する負荷の比率を表し、縦軸
は、排ガス中の各成分の浄化率を表す。図2のグラフに
おいて、実線は、吸気量制御及び二次空気量制御を行わ
ない比較例の触媒装置による浄化率を示し、破線は、吸
気量制御及び二次空気量制御を行った本発明の排ガス浄
化装置の浄化率を示す。
【0024】図2において、比較例の触媒装置のHC及
びCO成分の浄化率(実線)は、無負荷から2/8負荷
の間では、浄化率ほぼ零であり、2/8負荷と4/8負
荷の間では、排ガス中の酸素濃度が比較的高く且つ排ガ
ス温度が高くなるため急勾配で上昇する。比較例のNO
xの浄化率(実線)は、無負荷から4/8負荷の間で
は、零であり、4/8より大きい負荷においては、6/
8付近を最大とする山形となる。最大負荷、即ち8/8
付近においては、NOxに還元作用をなす排ガス中のH
Cが不足し、NOx浄化率が減少する。
【0025】図2において、本発明の排ガス浄化装置に
よるHC及びCO成分の浄化率(点線)は、無負荷から
2/8負荷の間において50%に達しないが、負荷2/
8から負荷4/8において負荷の増加と共に上昇する。
HCは、負荷4/8以上で浄化率92%となり、CO
は、負荷6/8でほぼ95%となる。本発明の排ガス浄
化装置のNOx浄化率(点線)は、4/8負荷から6/
8負荷で急速に上昇し、6/8付近で最大となる。図2
から明らかなように、本発明の排ガス浄化装置は、負荷
のほぼ全範囲において、比較例の浄化装置よりも高い浄
化率を有する。
【0026】
【発明の効果】本発明の排ガス浄化方法及び装置におい
ては、ディーゼル機関始動時等の排ガス温度が低いとき
は、機関の吸気量を減少させることにより、排ガス温度
を上昇させると共に排ガス中の未燃分濃度を増加させ、
酸素濃度を低下させることによりNOx還元触媒により
NOxを還元し、未燃炭化水素を排ガス通路に二次空気
を供給して酸化触媒で燃焼させることにより、排ガス中
のNOx、HC及びCOは、浄化される。
【0027】本発明の排ガス浄化方法及び装置において
は、排ガス通路の上流側にNOx還元触媒装置が配置さ
れ、下流側に酸化触媒装置が配置され、それらの2つの
装置の間に二次空気供給手段が、排ガス中へ二次空気を
供給するように配置される。それ故、銀−アルミナから
なる活性温度400°C〜500°CのNOx還元触媒
を使用するとき、排ガス温度250°C〜450°Cと
なる中負荷において、排ガスが400°C以下の場合、
吸気量を絞ることにより、NOx還元触媒装置入口の排
ガス温度が400°C以上であるようにし、同時に酸化
触媒装置における酸化濃度の低下を補償するため、触媒
装置へ二次空気が供給される。二次空気は、還元触媒装
置の下流において排ガスに混入され、高温燃焼を生じる
ことがないから、NOxの発生も少ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排ガス浄化装置の1実施例を示す図解
的な配置図である。
【図2】ディーゼル機関の負荷と排ガス中のNOx、C
O及びHCの浄化率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10:ディーゼル機関、11:機関本体、14:機関回
転数センサー、16:コピュータ、22:エアクリー
ナ、23:吸気通路、24:吸気マニホルド、25:ダ
ンパー、26:アクチュエータ、27:吸気絞り手段、
32:排気マニホルド、33:排ガス通路、34:温度
センサー、35:NOx還元触媒装置、36:酸化触媒
装置、37:触媒装置、38:マフラー、42:二次空
気用エアクリーナ、44:二次空気供給ポンプ、46:
二次空気ノズル、48:二次空気供給手段、50:酸素
センサー、A1:吸気量制御信号、A2:二次空気制御信
号、S1:機関回転数信号、S2:機関負荷信号、S3
排ガス温度信号、S4:排ガス酸素濃度信号。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F01N 3/22 301 F01N 3/22 301M 3/24 3/24 R F02D 9/02 ZAB F02D 9/02 ZABF 341 341G 45/00 ZAB 45/00 ZAB 360 360C 362 362H 364 364Z 368 368G

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ディーゼル機関の吸気通路に配置される
    吸気絞り手段、並びに排ガス通路に順に配置されるNO
    x還元触媒装置、二次空気供給ノズル、及び酸化触媒装
    置を備えるディーゼル機関の排ガス浄化方法であって、 機関回転数、機関負荷、排ガス温度、及び排ガス酸素濃
    度を検出し、これらの検出値に基づいて、機関始動時又
    は排ガス温度が所定温度以下の状態であることが判定さ
    れるとき、吸気絞り手段を作動させることにより前記検
    出値に基づいて計算された吸気制御量だけ吸気量を減少
    させると共に、前記二次空気供給ノズルから前記検出値
    に基づいて計算された二次空気制御量だけ二次空気を供
    給し、それにより、排ガス中のNOx、HC及びCOを
    減少させることを特徴とする排ガス浄化方法。
  2. 【請求項2】 ディーゼル機関の排ガス中のNOx、H
    C及びCOを減少させる排ガス浄化装置であって、 ディーゼル機関のエアクリーナと吸気マニホルドとの間
    の吸気通路に配置され、機関の吸気量を吸気量制御信号
    に応じて制御する吸気絞り手段、 排ガス通路に配置されるNOx還元触媒装置、 排ガス通路のNOx還元触媒装置の下流側に配置される
    酸化触媒装置、 酸化触媒装置の入口付近の排ガス中へ二次空気を二次空
    気量制御信号に応じて供給する二次空気供給手段、及び
    吸気量制御信号及び二次空気量制御信号をそれぞれ吸気
    絞り手段及び二次空気供給手段へ供給可能なコンピュー
    タ、を具備し、 コンピュータは、機関回転数センサーから供給される機
    関回転数信号、機関負荷センサーから供給される機関負
    荷信号、NOx還元触媒装置入口に設けた温度センサー
    から供給される排ガス温度信号、及びNOx還元触媒装
    置入口に設けた酸素センサーから供給される排ガス酸素
    濃度信号に基づいて、吸気量制御信号及び二次空気量制
    御信号を計算し出力することを特徴とする排ガス浄化装
    置。
  3. 【請求項3】 前記吸気量制御信号は、機関始動時及び
    排ガス温度が450°C以下のとき吸気量を減少させる
    ものであり、前記二次空気量制御信号は、排ガス中の酸
    素濃度が所定範囲にあるように、吸気量が絞られるとき
    二次空気量を供給するものであることを特徴とする請求
    項2記載の排ガス浄化装置。
  4. 【請求項4】 前記NOx還元触媒装置の上流側の排ガ
    ス内へ還元剤を供給可能な還元剤供給手段を具備するこ
    とを特徴とする請求項2又は3記載の排ガス浄化装置。
  5. 【請求項5】 前記NOx還元触媒装置は、還元触媒と
    してPt−Al23、Pd−Al23、Rh−Al
    23、Ir−Al23、及びAg−Al23の内の少な
    くとも1つを含むことを特徴とする請求項2乃至4のい
    ずれか1項に記載の排ガス浄化装置。
  6. 【請求項6】 前記NOx還元触媒装置は、還元触媒と
    してCu−Al23、Fe−Al23、Co−Al
    23、及びNi−Al23の内の少なくとも1つを含む
    ことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載
    の排ガス浄化装置。
  7. 【請求項7】 前記酸化触媒装置は、酸化触媒としてP
    t−Al23又はPd−Al23を含むことを特徴とす
    る請求項2乃至6のいずれか1項に記載の排ガス浄化装
    置。
JP8282335A 1996-10-24 1996-10-24 ディーゼル機関の排ガス浄化方法及び装置 Pending JPH10121952A (ja)

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