WO2006038480A1 - 排ガス浄化装置 - Google Patents

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WO2006038480A1 PCT/JP2005/017580 JP2005017580W WO2006038480A1 WO 2006038480 A1 WO2006038480 A1 WO 2006038480A1 JP 2005017580 W JP2005017580 W JP 2005017580W WO 2006038480 A1 WO2006038480 A1 WO 2006038480A1
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Haruyuki Yokota
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Hino Motors, Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for purifying exhaust gas while storing NOx contained in engine gas by a NOx storage reduction catalyst and regenerating the catalyst.
  • an exhaust purification device for an engine (see, for example, Patent Document 1) is disclosed in which a filter for collecting particulates is provided in an exhaust passage, and when the regeneration time of the filter is reached, the filter is regenerated.
  • This exhaust purification system for an engine is provided with regeneration processing means for performing two post injections per engine cycle and exhaust gas oxygen concentration control so that a constant target regeneration speed can be obtained during the regeneration processing of the filter. It is done. Post-injection is performed by a common rail fuel injection system.
  • the regeneration processing period by the filter regeneration processing means is composed of the first, middle and later periods.
  • the first stage of the temperature rise control to control the catalyst activation temperature and the first target bed temperature, which is the temperature at which the particulates self-ignite the bed temperature of the filter. It consists of the latter part that performs the temperature rise control.
  • one post injection is performed for increasing the exhaust temperature per cycle
  • two post injections are performed for increasing the exhaust temperature and supplying HC per cycle.
  • one post-injection is performed for increasing the exhaust temperature per cycle
  • two post-injections for increasing the exhaust temperature and HC supply are performed per cycle.
  • the first post-injection timing is set within the range of 60 ° after the top dead center position force of the piston close to the main injection, and the fuel injected by this post injection is in the cylinder. It is configured to burn and raise the exhaust temperature directly.
  • the second post injection timing is set to 60 degrees after the top dead center of the piston, and the fuel injected by the post injection hardly burns in the cylinder and is carried by the filter. Configured to be supplied as HC to an acid catalyst
  • the filter regeneration process period In the first half of this period, the filter bed temperature is rapidly raised to the first target bed temperature.
  • the first oxygen concentration control is performed so that the filter bed temperature does not exceed the maximum allowable temperature while the filter bed temperature is maintained at the first target bed temperature. Thereby, the fall of durability of a filter can be prevented.
  • the target oxygen concentration should be sufficiently larger than that during the first oxygen concentration control while the filter bed temperature is maintained at the second target bed temperature higher than the first target bed temperature. Supply oxygen to the filter. As a result, the particulates remaining in the filter can be burned out quickly and reliably near the end of the regeneration process.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-183525 (Claims 1 to 7, paragraphs [0014] to paragraph [001 9], paragraph [0023], paragraph [0032])
  • An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device that can efficiently regenerate a NOx occlusion reduction catalyst that occludes NOx by performing a necessary and sufficient amount of post injection without diluting the engine oil on the inner wall surface of the cylinder. There is to do.
  • the invention according to claim 1 includes an NOx occlusion reduction catalyst 16 provided in an exhaust passage 14 of the engine 11 and carrying an NOx absorbent and an active metal, and an exhaust passage 14. Add fuel 15 to the exhaust gas and supply fuel 15 to the NOx storage reduction catalyst 16. This is an improvement of the exhaust gas purifier having the heating means 17.
  • the characteristic configuration is a pressure accumulation type fuel injection device in which the fuel addition means 17 performs post injection at the timing when the fuel 15 does not ignite in the cylinder 22 following the main injection to the cylinder 22 of the engine 11.
  • the post-injection is configured to be performed 3 to 20 times in the latter stage of the expansion stroke of the engine 11.
  • the NOx absorbent in the catalyst 16 stores NOx in the exhaust gas as nitrate, This hydrocarbon is oxidized by the oxidizing action of the active metal supported on the catalyst 16.
  • the pressure accumulation type fuel injection device 17 performs post injection in 3 to 20 times at the timing when the fuel 15 does not ignite in the engine 11.
  • the engine oil on the inner wall surface of the cylinder 22 is not diluted with fuel, and the hydrocarbon concentration in the exhaust gas at the catalyst 16 inlet increases, so that the hydrocarbon and oxygen in the exhaust gas react at the catalyst 16 inlet and oxygen is removed. Consume.
  • the excess air ratio of the exhaust gas downstream of the exhaust gas from the catalyst 16 inlet decreases and HC, CO or H increases as a reducing agent.
  • NOx occluded in the catalyst 16 reacts with the HC and the like to form N, CO, H 2 O, and the catalyst 16
  • the invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the top dead center position of the piston 26 at the start of the expansion stroke of the engine 11 is set at a crank angle 0 as shown in FIGS.
  • the first post-injection among the post-injections divided into 3 to 20 in the latter part of the expansion stroke is started in the crank angle range of 90 to 120 degrees.
  • the fuel 15 injected by the post injection does not ignite in the engine 11 and can be reliably supplied to the catalyst as the unburned fuel 15.
  • the invention according to claim 3 is the invention according to claim 1, wherein the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst 16 is based on the engine load and the engine speed as shown in FIG. It is characterized by being configured.
  • the NOx occlusion amount of the catalyst 16 can be predicted relatively accurately without using a sensor for detecting the NOx concentration.
  • the accumulator fuel injection device in which the fuel addition means performs post-injection at the timing without igniting the fuel in the engine following the main injection into the engine. Since this post-injection is configured to be performed 3 to 20 times in the latter stage of the engine expansion stroke, NOx in the exhaust gas is stored in the NOx storage and reduction catalyst as nitrate, and hydrocarbons in the exhaust gas are Oxidized. When the NOx occlusion amount of the catalyst approaches saturation, post-injection is performed 3 to 20 times at the timing when the accumulator fuel injector does not ignite in the engine, so that the engine oil on the inner wall of the cylinder is reduced.
  • the HC concentration in the exhaust gas at the catalyst inlet can be increased.
  • HC reacts with oxygen in the exhaust gas at the catalyst inlet, and oxygen is consumed.
  • HC and the like increase as a reducing agent. Reacts N etc.
  • the catalyst power is released as 2 and the catalyst can be regenerated efficiently.
  • the HC in the exhaust gas can be adjusted to an optimum concentration, most of the HC can function as a reducing agent in the NOx storage reduction catalyst.
  • the fuel injected by the post-injection is injected into the engine if the first post-injection is performed in the latter half of the engine expansion stroke. If the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst is integrated from the prediction map based on the engine load and engine speed, the sensor that detects the NOx concentration is not used. In addition, the NOx storage amount of the catalyst can be predicted relatively accurately.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an exhaust gas purification apparatus including an engine according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part showing an expansion stroke of the engine.
  • FIG. 3 is a diagram showing the timing and amount of main injection and post injection.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 showing a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3, showing a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3, showing a fourth embodiment of the present invention.
  • the intake port 12a of the diesel engine 11 is connected to the intake pipe 13b through the intake manifold 13a, and the exhaust port 12b is connected to the exhaust pipe 14b through the exhaust manifold 14a. Is done.
  • a NOx occlusion reduction catalyst 16 is provided in the middle of the exhaust pipe 14b.
  • the NOx storage reduction catalyst 16 is a platinum that stores NOx in the exhaust gas flowing into the exhaust pipe 14b, and releases the stored NOx when the hydrocarbon (HC) concentration in the exhaust gas increases and is regenerated. —Norium-alumina catalyst.
  • the catalyst 16 includes a cordierite monolith support in which a lattice-shaped or hermetic passage is formed in the exhaust gas flow direction, and a NOx occlusion agent and a noble metal (active metal) formed on the monolith support. ) Is carried.
  • the active metal include platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), and the like.
  • the exhaust pipe 14b downstream of the exhaust gas from the NOx occlusion reduction catalyst 16 is provided with a particulate filter with an oxidation catalyst (not shown), that is, a particulate filter carrying an active metal functioning as an acid catalyst.
  • the active metal include platinum (Pt), palladium (Pd), and rhodium (Rh).
  • Fuel addition means 17 for supplying the fuel 15 is provided (FIGS. 1 and 2).
  • the fuel addition means 17 is a pressure accumulation type fuel injection device that adjusts the injection timing and the injection amount of the fuel 15 injected into the engine 11.
  • This accumulator type fuel injection device 17 includes an electronically controlled injector 18 attached to a cylinder head 12, a common rail 20 connected to these injectors 18 through a fuel pressure feed pipe 19, and a fuel supply pipe 21 to the common rail 20. And a fuel supply pump (not shown) connected via the terminal (FIGS. 1 and 2).
  • the injector 18 includes an injection nozzle 18a inserted into the cylinder head 12 so as to face each cylinder 22, a nozzle valve (not shown) that can open and close the injection hole of the injection nozzle 18a, and the injection nozzle 18a. It is a force with the solenoid valve 18b for the injector which is provided at the base end and moves up and down through the composite piston and the one-way orifice plate. When the injector solenoid valve 18b is off, the injection hole of the injection nozzle 18a is closed, and when it is turned on, the injection hole is opened and the fuel 15 is injected into the cylinder 22.
  • An intake port 12a and an exhaust port 12b are formed in the cylinder head 12 so as to face each cylinder 22, each intake port 12a is closed by an intake valve 23, and each exhaust port 12b is opened by an exhaust valve 24. Closed as possible ( Figure 2). Further, a piston 26 is accommodated in each cylinder 22 so as to be movable up and down.
  • the load of the engine 11 is detected by a load sensor 27, and the rotational speed of the engine 11 is detected by a rotation sensor 28 (Fig. 1).
  • the exhaust pipe 14b upstream of the catalyst 16 is provided with a temperature sensor 29 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 14b.
  • the detection outputs of the load sensor 27, the rotation sensor 28, and the temperature sensor 29 are connected to the control input of the controller 31, and the control output of the controller 31 is connected to each injector solenoid valve 18b.
  • the controller 31 is provided with a memory 32.
  • the memory 32 stores a map for predicting the NOx occlusion amount of the catalyst 16 based on the engine load and the engine speed detected by the load sensor 27 and the rotation sensor 28.
  • the engine 11 is started, the temperature sensor 29 detects the exhaust gas temperature below 220 ° C, and the controller 31 detects the engine load detected by the load sensor 27 and the engine speed detected by the rotation sensor 28. Based on the NOx occlusion amount prediction map force stored in the memory 32, the NOx occlusion amount of the catalyst 16 is integrated, and if it is determined that this occlusion amount is less than the predetermined amount, the controller LA 31 does not perform post-injection of fuel 15 and controls each injector solenoid valve 18b so as to be in a normal operation state. As a result, the exhaust gas discharged from the engine 11 passes through the catalyst 16 through the exhaust pipe 14b. At this time, NOx contained in the exhaust gas is occluded by the catalyst 16. For example, if barium (Ba) is used as the NOx absorbent supported on the coating layer of the catalyst 16, NOx discharged from the engine 11 reacts with O in the exhaust gas in the catalyst 16.
  • barium (Ba) is used as the NOx absorbent supported on the coating
  • the catalyst 16 is occluded.
  • the HC contained in the exhaust gas is oxidized by the oxidizing action of the noble metal (active metal) supported on the coating layer of the catalyst 16.
  • the controller 31 controls each injector solenoid valve 18b, Fuel 15 is injected into the engine 11 as a main injection, and following this main injection, the post-injection is divided into 3 to 20 times, preferably 5 to 10 times, at the timing when the fuel 15 does not ignite in the cylinder 22. Do it.
  • the top dead center position of the piston 26 at the start of the expansion stroke of the engine 11 is set to a crank angle of 0 degrees, the first post injection performed in the latter half of the expansion stroke is performed at a crank angle of 90 ⁇ 120 degrees, preferably 100 ⁇ : L Start in the range of 10 degrees.
  • the post injection is performed in three times, and the first post injection is performed at a crank angle of about 90 degrees.
  • the second and third post-injections are performed at regular intervals within the expansion stroke, and in this embodiment, the post-injection is performed every 30 degrees of crank angle.
  • the injection amounts of the first to third post injections are the same, and the total injection amount of the first to third post injections is 20 to: L00 when the main injection amount is 100%. % Is preferred.
  • post-injection is divided into 3 to 20 times. If it is less than 2 times, the injection amount increases and the fuel injection speed increases, and the fuel reaches the cylinder inner wall surface.
  • the oil may be diluted with fuel, and if it exceeds 20 times, the responsiveness of the injector needle valve will decrease.
  • the reason for starting the first post-injection at a crank angle range of 90 to 120 degrees is to prevent the post-injected fuel from igniting in the cylinder!
  • the total post-injection amount when the main injection amount is 100% is limited to the range of 20-: L00%. If the atmosphere does not reach 100%, engine oil is diluted and the temperature of the catalyst 16 rises too much.
  • the oxygen concentration on the catalyst 16 is relatively lowered, that is, the excess air ratio of the exhaust gas at the inlet of the catalyst 16 is increased. As it decreases, HC, CO or H increases as a reducing agent.
  • NOx occluded in 6 is released from the catalyst 16 as follows. First, it reacts with the reducing agent in the [Ba (NO)] exhaust gas stored in the catalyst 16 and is reduced to NO or N,
  • catalyst 16 functions as a highly selective reduction catalyst, and CO, H in the NO power exhaust gas
  • the HC produced by the post-injection of the fuel 15 has an optimum concentration, most of the HC functions as a reducing agent in the catalyst 16 as described above, but some HC is a reducing agent. Without passing through the catalyst 16 as it is. For this reason, the HC concentration at the outlet of the catalyst 16 increases, but this unburned HC is collected by a particulate filter with a catalyst (not shown).
  • the unburned HC collected in this filter contains noble metals (Pt, Pd, Rh) carried by this filter when lean exhaust gas that does not contain unburned fuel and has a high excess air ratio flows into the filter. It is oxidized and burned by the oxidizing action of the active metal).
  • the HC concentration at the filter outlet can be kept low, it is possible to suppress the discharge of HC into the atmosphere, and the particulates containing soot collected on the filter can be burned with the above reaction heat. The emission of particulates into the atmosphere can be suppressed.
  • a naturally aspirated diesel engine is used as the engine.
  • a device for purifying exhaust gas of the present invention may be used for a turbocharged diesel engine.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
  • the post-injection is performed so that the injection amount of each time of the first force and the third time gradually decreases after the first time.
  • the first post-injection of the three post-injections The injection amount of the second post injection is made smaller than that of the first injection, and the injection amount of the third post injection is further reduced.
  • the total post-injection amount is the same as the total post-injection amount of the first embodiment.
  • the configuration other than the above is the same as that of the first embodiment.
  • the temperature in the cylinder is extremely high even if the first post-injection amount is large, so that the injected fuel evaporates before reaching the cylinder inner wall surface, As the temperature decreases, the post-injection amount decreases. As a result, it is possible to more reliably prevent the fuel from adhering to the cylinder inner wall surface by post injection than in the first embodiment. Since operations other than those described above are substantially the same as those in the first embodiment, repeated description will be omitted.
  • FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.
  • the post-injection is performed in five times, and the first post-injection is performed at a crank angle of about 90 degrees.
  • the second to fifth post injections are performed at equal intervals in the expansion stroke, and in this embodiment, the post injection is performed every 15 degrees of the crank angle.
  • the total injection amount of the first to fifth post injections is the same as the total injection amount of the first to third post injections of the first embodiment.
  • the configuration other than the above is the same as that of the first embodiment.
  • the injection amount of each post injection is smaller than the injection amount of each post injection of the first embodiment. Can be reliably prevented from the first embodiment. Since operations other than those described above are substantially the same as those in the first embodiment, repeated description will be omitted.
  • FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention.
  • the post-injection is performed so that the injection amount of each time of the first force 5th time gradually decreases after the first time.
  • the first post injection amount is maximized, and the second and subsequent post injection amounts are gradually decreased.
  • the total post injection amount is the same as the post injection amount in the third embodiment.
  • the configuration other than the above is the same as that of the third embodiment.
  • the temperature in the cylinder is extremely high even if the first post-injection amount is large, so that the injected fuel evaporates before reaching the cylinder inner wall surface, As the temperature decreases, the post-injection amount decreases. As a result, it is possible to prevent the fuel from adhering to the cylinder inner wall surface by post injection more reliably than in the third embodiment. Since the operation other than the above is substantially the same as that of the third embodiment, repeated description will be omitted.
  • the NOx occlusion reduction catalyst that occluded NOx can be efficiently regenerated, so that it can be used not only for in-vehicle engines but also for industrial machinery. It can also be applied to engines.

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Abstract

　シリンダ内壁面のエンジンオイルを希釈せず、必要十分な量のポスト噴射を行うことで、ＮＯｘを吸蔵したＮＯｘ吸蔵還元触媒を効率良く再生する。 　エンジン（１１）の排気通路（１４）に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒（１６）にＮＯｘ吸収剤及び活性金属が担持され、燃料添加手段（１７）が排気通路（１４）内の排ガスに燃料を添加することによりＮＯｘ吸蔵還元触媒（１６）に燃料を供給する。この燃料添加手段（１７）は、エンジン（１１）のシリンダ（２２）へのメイン噴射に続いてシリンダ（２２）内で燃料が着火しないタイミングでポスト噴射を行う蓄圧型燃料噴射装置である。また蓄圧型燃料噴射装置（１７）によるポスト噴射はエンジン（１１）の膨張行程の後期に３回～２０回に分けて行われるように構成される。

Description

排ガス浄化装置
技術分野
[0001] 本発明は、エンジンの ガス中に含まれる NOxを NOx吸蔵還元触媒により吸蔵し て排ガスを浄ィ匕するとともにこの触媒を再生する装置に関するものである。
背景技術
[0002] 従来、排気通路にパティキュレートを捕集するフィルタが設けられ、このフィルタの 再生時期になるとフィルタの再生処理を行うエンジンの排気浄ィ匕装置 (例えば、特許 文献 1参照。）が開示されている。このエンジンの排気浄ィ匕装置では、フィルタの再生 処理中に一定の目標再生速度が得られるようにエンジンの 1サイクル当り 2回のポスト 噴射と排気の酸素濃度制御とを行う再生処理手段が設けられる。ポスト噴射はコモン レール式の燃料噴射装置により行われる。またフィルタの再生処理手段による再生 処理期間が前期、中期及び後期から構成される。フィルタに酸化触媒が担持されて いる場合、前期は、触媒活性温度へと制御する昇温制御を行う前段と、フィルタのべ ッド温度をパティキュレートが自着火する温度である第 1目標ベッド温度へと制御する 昇温制御を行う後段とからなる。前期の前段では 1サイクル当り排気温度上昇用の 1 回のポスト噴射が行われ、前期の後段では 1サイクル当り排気温度上昇用と HC供給 用の 2回のポスト噴射が行われる。更に中期では 1サイクル当り排気温度上昇用の 1 回のポスト噴射が行われ、後期では 1サイクル当り排気温度上昇用と HC供給用の 2 回のポスト噴射が行われる。なお、 2回のポスト噴射のうち 1回目のポスト噴射時期は メイン噴射に近いピストンの上死点位置力 上死点後 60度の範囲に設定され、この ポスト噴射で噴射された燃料はシリンダ内で燃焼して直接的に排気温度を上昇させ るように構成される。また 2回のポスト噴射のうち 2回目のポスト噴射時期はピストンの 上死点後 60度以降に設定され、このポスト噴射で噴射された燃料はシリンダ内で殆 ど燃焼せず、フィルタに担持された酸ィ匕触媒に HCとして供給されるように構成される
[0003] このように構成されたエンジンの排気浄ィ匕装置では、先ずフィルタの再生処理期間 の前期に、フィルタのベッド温度を第 1目標ベッド温度まで急速に上昇させる。次にフ ィルタの再生処理期間の中期に、フィルタのベッド温度を第 1目標ベッド温度に維持 した状態で、フィルタのベッド温度が許容最高温度を上回らないように第 1酸素濃度 制御を行う。これによりフィルタの耐久性の低下を防止できる。更にフィルタの再生処 理期間の後期に、フィルタのベッド温度を第 1目標ベッド温度より高い第 2目標ベッド 温度に維持した状態で、 目標酸素濃度を第 1酸素濃度制御時より大きくして十分な 酸素をフィルタに供給する。これにより再生処理の終了間近にフィルタに残存するパ ティキュレートを迅速かつ確実に燃え切らせることができる。この結果、フィルタの再 生処理期間を短縮できるとともに、フィルタをほぼ完全に再生できるようになつている 特許文献 1 :特開 2004— 183525号公報 (請求項 1〜7、段落 [0014]〜段落 [001 9]、段落 [0023]、段落 [0032])
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 上記従来の特許文献 1に示されたエンジンの排気浄ィ匕装置では、 2回目のポスト噴 射により噴射された燃料が未燃のままフィルタに担持された酸ィ匕触媒に供給されるけ れども、この未燃燃料を 1サイクル当り 1回のポスト噴射で噴射すると、一度に比較的 多量の燃料を噴射する必要があるため、その噴射速度が速ぐ噴射燃料がシリンダ 内壁面に達してしまう。このため、シリンダ内壁面に潤滑膜を形成するエンジンオイル が上記噴射燃料により希釈されるため、エンジンの潤滑が阻害され、十分な量の燃 料をポスト噴射でフィルタに供給できな 、不具合があった。
本発明の目的は、シリンダ内壁面のエンジンオイルを希釈せず、必要十分な量の ポスト噴射を行うことで、 NOxを吸蔵した NOx吸蔵還元触媒を効率良く再生できる、 排ガス浄ィ匕装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0005] 請求項 1に係る発明は、図 1〜図 3に示すように、エンジン 11の排気通路 14に設け られ NOx吸収剤及び活性金属が担持された NOx吸蔵還元触媒 16と、排気通路 14 内の排ガスに燃料 15を添加して NOx吸蔵還元触媒 16に燃料 15を供給する燃料添 加手段 17とを備えた排ガス浄ィ匕装置の改良である。
その特徴ある構成は、燃料添加手段 17が、エンジン 11のシリンダ 22へのメイン噴 射に続 ヽてシリンダ 22内で燃料 15が着火しな ヽタイミングでポスト噴射を行う蓄圧型 燃料噴射装置であり、ポスト噴射がエンジン 11の膨張行程の後期に 3回〜 20回に分 けて行われるように構成されたところにある。
この請求項 1に記載された排ガス浄ィ匕装置では、排ガスが NOx吸蔵還元触媒 16を 通過するときに、この触媒 16中の NOx吸収剤が排ガス中の NOxを硝酸塩として吸 蔵し、排ガス中の炭化水素を触媒 16に担持された活性金属の酸化作用により酸ィ匕 する。触媒 16の NOx吸蔵量が飽和状態に近付くと、蓄圧型燃料噴射装置 17がェン ジン 11内で燃料 15の着火しないタイミングでポスト噴射を 3回〜 20回に分けて行う。 これによりシリンダ 22内壁面のエンジンオイルを燃料により希釈せず、触媒 16入口の 排ガス中の炭化水素濃度が増加するので、触媒 16入口部で炭化水素と排ガス中の 酸素とが反応して酸素を消費する。この結果、触媒 16入口より排ガス下流側の排ガ スの空気過剰率が低下するとともに、 HC, CO又は Hが還元剤として増加するので
2
、触媒 16に吸蔵された NOxが上記 HC等と反応し N , CO , H Oとなって触媒 16か
2 2 2
ら放出される。また排ガス中の HCが最適な濃度であるので、これらの HCの大部分を 触媒 16で還元剤として機能させることができる。
請求項 2に係る発明は、請求項 1に係る発明であって、更に図 2及び図 3に示すよう に、エンジン 11の膨張行程の開始時であるピストン 26の上死点位置をクランク角度 0 度とするとき、膨張行程の後期に 3回〜 20回に分けて行われるポスト噴射のうち最初 のポスト噴射がクランク角度 90〜 120度の範囲で開始されることを特徴とする。
この請求項 2に記載された排ガス浄ィ匕装置では、ポスト噴射により噴射された燃料 1 5がエンジン 11内で着火せず、未燃燃料 15のまま確実に触媒に供給できる。
請求項 3に係る発明は、請求項 1に係る発明であって、更に図 1に示すように、 NO X吸蔵還元触媒 16の NOx吸蔵量がエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づく予 測マップ力 積算されるように構成されたことを特徴とする。
この請求項 3に記載された排ガス浄ィ匕装置では、 NOx濃度を検出するセンサを用 いずに、触媒 16の NOx吸蔵量を比較的正確に予測できる。 また 3回〜 20回に分けて行われるポスト噴射の各回の噴射量が互いに同じか又は 初回以降漸次減少することが好ま U、。
発明の効果
[0007] 以上述べたように、本発明によれば、燃料添加手段がエンジンへのメイン噴射に続 V、てエンジン内で燃料の着火しな 、タイミングでポスト噴射を行う蓄圧型燃料噴射装 置であり、このポスト噴射をエンジンの膨張行程の後期に 3回〜 20回に分けて行うよ うに構成したので、排ガス中の NOxは硝酸塩として NOx吸蔵還元触媒に吸蔵され、 排ガス中の炭化水素は酸化される。また触媒の NOx吸蔵量が飽和状態に近付くと、 蓄圧型燃料噴射装置がエンジン内で燃料の着火しないタイミングでポスト噴射を 3回 〜20回に分けて行うことにより、シリンダ内壁面のエンジンオイルを燃料により希釈せ ず、触媒入口の排ガス中の HC濃度を増カロさせることができる。この結果、触媒入口 部で HCと排ガス中の酸素とが反応して酸素が消費され、酸素が殆ど無い状態で HC 等が還元剤として増加するので、触媒に吸蔵された NOxが上記 HC等と反応し N等
2 となって触媒力 放出され、触媒を効率良く再生できる。また排ガス中の HCを最適 な濃度にすることができるので、これらの HCの大部分を NOx吸蔵還元触媒で還元 剤として機能させることができる。
またエンジンの膨張行程の後期に 3回〜 20回に分けて行われるポスト噴射のうち 最初のポスト噴射をクランク角度 90〜120度の範囲で開始すれば、ポスト噴射により 噴射された燃料がエンジン内で着火せず、未燃燃料のまま確実に触媒に供給できる 更に NOx吸蔵還元触媒の NOx吸蔵量をエンジン負荷及びエンジン回転速度に 基づく予測マップから積算すれば、 NOx濃度を検出するセンサを用いずに、触媒の NOx吸蔵量を比較的正確に予測できる。
図面の簡単な説明
[0008] [図 1]本発明第 1実施形態のエンジンを含む排ガス浄ィ匕装置を示す構成図である。
[図 2]そのエンジンの膨張行程を示す要部断面図である。
[図 3]主噴射とポスト噴射の時期及び量を示す図である。
[図 4]本発明第 2実施形態を示す図 3に対応する断面図である。 [図 5]本発明第 3実施形態を示す図 3に対応する断面図である。
[図 6]本発明第 4実施形態を示す図 3に対応する断面図である。
符号の説明
[0009] 11 ディーゼルエンジン
14 排気通路
15 燃料
16 NOx吸蔵還元触媒
17 蓄圧型燃料噴射装置 (燃料添加手段）
22 シリンダ
26 ピストン
発明を実施するための最良の形態
[0010] 次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
<第 1の実施の形態 >
図 1及び図 2に示すように、ディーゼルエンジン 11の吸気ポート 12aには吸気マ二 ホルド 13aを通して吸気管 13bが連通接続され、排気ポート 12bには排気マ-ホルド 14aを通して排気管 14bが連通接続される。上記排気管 14bの途中には NOx吸蔵 還元触媒 16が設けられる。 NOx吸蔵還元触媒 16は、排気管 14bに流入する排ガス 中の NOxを吸蔵し、かつ排ガス中の炭化水素 (HC)濃度が増カロしたときに上記吸蔵 した NOxを放出して再生処理される白金—ノリウム—アルミナ触媒である。この触媒 16は、図示しないが排ガスの流れる方向に格子状又はハ-カム状の通路が形成さ れたコージエライト製のモノリス担体と、このモノリス担体上に形成されかつ NOx吸蔵 剤及び貴金属 (活性金属）が担持されたコート層とを有する。なお、活性金属としては 、白金（Pt)、パラジウム（Pd)、ロジウム (Rh)などが挙げられる。また NOx吸蔵還元 触媒 16より排ガス下流側の排気管 14bには、図示しないが酸化触媒付きパティキュ レートフィルタ、即ち酸ィ匕触媒として機能する活性金属が担持されたパティキュレート フィルタが設けられる。この活性金属としては、白金 (Pt)、パラジウム (Pd)、ロジウム（ Rh)などが挙げられる。
[0011] 一方、エンジン 11には、排気管 14b内の排ガスに燃料 15を添加して触媒 16に燃 料 15を供給する燃料添加手段 17が設けられる（図 1及び図 2)。燃料添加手段 17は 、エンジン 11に噴射される燃料 15の噴射時期及び噴射量を調整する蓄圧型燃料噴 射装置である。この蓄圧型燃料噴射装置 17は、シリンダヘッド 12に装着された電子 制御のインジェクタ 18と、これらのインジェクタ 18に燃料圧送管 19を介して接続され たコモンレール 20と、このコモンレール 20に燃料供給管 21を介して接続された燃料 供給ポンプ（図示せず）とを有する（図 1及び図 2)。上記インジェクタ 18は、各シリン ダ 22に臨むようにシリンダヘッド 12に挿入された噴射ノズル 18aと、噴射ノズル 18a の噴孔を開閉可能な-一ドル弁（図示せず)と、噴射ノズル 18aの基端に設けられ二 一ドル弁を複合ピストン及び一方向オリフィス板を介して上下動させるインジェクタ用 電磁弁 18bと力 なる。このインジェクタ用電磁弁 18bがオフの状態では噴射ノズル 1 8aの噴孔が閉止され、オンすると噴孔が開いて燃料 15がシリンダ 22に噴射されるよ うに構成される。また吸気ポート 12a及び排気ポート 12bは、各シリンダ 22に臨むよう にシリンダヘッド 12にそれぞれ形成され、各吸気ポート 12aは吸気弁 23により開放 可能に閉止され、各排気ポート 12bは排気弁 24により開放可能に閉止される（図 2) 。更に各シリンダ 22にはピストン 26が上下動可能に収容される。
[0012] エンジン 11の負荷は負荷センサ 27により検出され、エンジン 11の回転速度は回転 センサ 28により検出される（図 1)。また触媒 16より排ガス上流側の排気管 14bには、 この排気管 14b内を流通する排ガス温度を検出する温度センサ 29が設けられる。上 記負荷センサ 27、回転センサ 28及び温度センサ 29の各検出出力はコントローラ 31 の制御入力に接続され、コントローラ 31の制御出力は各インジェクタ用電磁弁 18bに 接続される。またコントローラ 31にはメモリ 32が設けられる。このメモリ 32には、負荷 センサ 27及び回転センサ 28の検出するエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づ く触媒 16の NOx吸蔵量を予測するマップが記憶される。
[0013] このように構成された排ガス浄化装置の動作を説明する。
エンジン 11を始動し、温度センサ 29が 220°C未満の排ガス温度を検出し、コント口 ーラ 31が、負荷センサ 27の検出するエンジン負荷と、回転センサ 28の検出するェン ジン回転速度とに基づいて、メモリ 32に記憶された NOx吸蔵量予測マップ力も触媒 16の NOx吸蔵量を積算し、この吸蔵量が所定量未満であると判断すると、コントロー ラ 31は燃料 15のポスト噴射を行わず、通常の運転状態となるように各インジェクタ用 電磁弁 18bを制御する。これによりエンジン 11から排出された排ガスは排気管 14bを 通って触媒 16を通過する。このとき排ガスに含まれる NOxは上記触媒 16に吸蔵され る。触媒 16のコート層に担持される NOx吸収剤として例えばバリウム (Ba)を用いれ ば、エンジン 11から排出された NOxは上記触媒 16において排ガス中の Oと反応し
2 て NOとなり、更に触媒 16中の BaO， BaCOと反応して [Ba (NO ) ]が生成され、
2 3 3 2
この状態で触媒 16に吸蔵される。また排ガスに含まれる HCは触媒 16のコート層に 担持された貴金属 (活性金属)の酸化作用により酸化される。
温度センサ 29が 220°C以上の排ガス温度を検出した状態で、触媒 16の NOx吸蔵 量が飽和状態に近付いたとコントローラ 31が判断すると、コントローラ 31は各インジェ クタ用電磁弁 18bを制御して、エンジン 11に燃料 15をメイン噴射するとともに、このメ イン噴射に続 、てシリンダ 22内で燃料 15の着火しな ヽタイミングでポスト噴射を 3回 〜20回、好ましくは 5回〜 10回に分けて行う。またエンジン 11の膨張行程の開始時 であるピストン 26の上死点位置をクランク角度 0度とするとき、膨張行程の後期に分 けて行われるポスト噴射のうち最初のポスト噴射は、クランク角度 90〜120度、好まし くは 100〜： L 10度の範囲で開始される。この実施の形態では、図 2及び図 3に示すよ うに、上記ポスト噴射は 3回に分けて行われ、最初のポスト噴射はクランク角度約 90 度で行われる。また 2回目及び 3回目のポスト噴射は膨張行程内で等間隔に行われ る、この実施の形態ではクランク角度約 30度毎に行われる。更に 1回目から 3回目の 各回のポスト噴射の噴射量は互いに同じであり、 1回目から 3回目のポスト噴射の合 計噴射量はメイン噴射の噴射量を 100%とするとき、 20〜： L00%であることが好まし い。ここで、ポスト噴射を 3回〜 20回に分けて行うのは、 2回未満では噴射量が増大 して燃料の噴射速度が速くなり、燃料がシリンダ内壁面に達して、シリンダ内壁面の エンジンオイルが燃料により希釈されるおそれがあり、 20回を越えるとインジェクタの ニードル弁の応答性が低下するからである。また最初のポスト噴射をクランク角度 90 〜120度の範囲で開始するのは、ポスト噴射された燃料がシリンダ内で着火しな!、よ うにするためである。更にメイン噴射の噴射量を 100%としたときのポスト噴射の合計 噴射量を 20〜： L00%の範囲に限定したのは、 20%未満では触媒 16が十分な還元 雰囲気にならず、 100%を越えるとエンジンオイルが希釈されたり触媒 16の温度が 上昇し過ぎる力もである。
[0015] 上記のようにシリンダ 22内で着火しないタイミングで燃料 15のポスト噴射を行うこと により、触媒 16上の酸素濃度が相対的に低下する、即ち触媒 16入口の排ガスの空 気過剰率が低下するとともに、 HC, CO又は Hが還元剤として増加するので、触媒 1
2
6に吸蔵された NOxが触媒 16から次のように放出される。先ず上記触媒 16に吸蔵さ れた [Ba (NO ) ]カ排ガス中の上記還元剤と反応して NO或いは Nまで還元され、
3 2 2 2
次に触媒 16が選択性の良い還元触媒として機能し、上記 NO力排ガス中の CO, H
2
Cと反応して無害な N , CO , H Oが生成されて大気に排出される。この結果、触媒
2 2 2
16が再生されるので、再び触媒 16により排ガス中の NOxを吸蔵でき、触媒 16出口 の排ガス中に含まれる NOxを低減できる。
[0016] なお、上記燃料 15のポスト噴射により生成された HCは最適な濃度であるので、 H Cの大部分は上述のように触媒 16で還元剤として機能するけれども、一部の HCは 還元剤として機能せずに触媒 16をそのまま通過する。このため触媒 16出口の HC濃 度は増大するけれども、この未燃の HCは触媒付きのパティキュレートフィルタ（図示 せず）により捕集される。このフィルタに捕集された未燃の HCは、未燃燃料を含まず 空気過剰率の高いリーン状態の排ガスがフィルタに流入したときに、このフィルタに担 持された貴金属 (Pt、 Pd、 Rh等の活性金属）の酸化作用により酸化'燃焼される。こ のため、フィルタ出口の HC濃度は低く抑えられるので、大気中への HCの排出を抑 制できるとともに、フィルタ上に捕集された煤を含むパティキュレートを上記反応熱で 燃焼処理できるので、大気中へのパティキュレートの排出を抑制できる。
また、この実施の形態では、エンジンとして自然吸気型ディーゼルエンジンを挙げ たが、ターボ過給機付ディーゼルエンジンに本発明の排ガスを浄ィ匕する装置を用い てもよい。
[0017] <第 2の実施の形態 >
図 4は本発明の第 2の実施の形態を示す。
この実施の形態では、 1回目力 3回目の各回の噴射量が初回以降漸次減少する ようにポスト噴射が行われる。換言すれば、 3回のポスト噴射のうち最初のポスト噴射 の噴射量を最も多くし、 2回目のポスト噴射の噴射量を 1回目より少なくし、 3回目のポ スト噴射の噴射量を更に少なくする。なお、ポスト噴射の合計噴射量は第 1の実施の 形態のポスト噴射の合計噴射量と同一である。上記以外は第 1の実施の形態と同一 に構成される。
このように構成された排ガス浄ィ匕装置では、 1回目のポスト噴射量が多くてもシリン ダ内の温度が極めて高いので、噴射燃料がシリンダ内壁面に到達する前に蒸発し、 シリンダ内の温度が低下するに従って、ポスト噴射量が減少する。この結果、ポスト噴 射による燃料のシリンダ内壁面への付着を、第 1の実施の形態より確実に防止できる 。上記以外の動作は第 1の実施の形態と略同様であるので、繰返しの説明を省略す る。
[0018] <第 3の実施の形態 >
図 5は本発明の第 3の実施の形態を示す。
この実施の形態では、ポスト噴射が 5回に分けて行われ、最初のポスト噴射がクラン ク角度約 90度で行われる。また 2〜5回目のポスト噴射は膨張行程内で等間隔に行 われる、この実施の形態ではクランク角度約 15度毎に行われる。更にポスト噴射の 1 回目から 5回目の合計噴射量は第 1の実施の形態のポスト噴射の 1回目から 3回目の 合計噴射量と同一である。上記以外は第 1の実施の形態と同一に構成される。 このように構成された排ガス浄ィ匕装置では、ポスト噴射の各回の噴射量が第 1の実 施の形態のポスト噴射の各回の噴射量より少なくなるので、ポスト噴射による燃料の シリンダ内壁面への付着を、第 1の実施の形態より確実に防止できる。上記以外の動 作は第 1の実施の形態と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
[0019] <第 4の実施の形態 >
図 6は本発明の第 4の実施の形態を示す。
この実施の形態では、 1回目力 5回目の各回の噴射量が初回以降漸次減少する ようにポスト噴射が行われる。換言すれば、 5回のポスト噴射のうち最初のポスト噴射 量を最も多くし、 2回目以降のポスト噴射量を次第に少なくする。なお、ポスト噴射の 合計噴射量は第 3の実施の形態のポスト噴射の合計噴射量と同一である。上記以外 は第 3の実施の形態と同一に構成される。 このように構成された排ガス浄ィ匕装置では、 1回目のポスト噴射量が多くてもシリン ダ内の温度が極めて高いので、噴射燃料がシリンダ内壁面に到達する前に蒸発し、 シリンダ内の温度が低下するに従って、ポスト噴射量が減少する。この結果、ポスト噴 射による燃料のシリンダ内壁面への付着を、第 3の実施の形態より確実に防止できる 。上記以外の動作は第 3の実施の形態と略同様であるので、繰返しの説明を省略す る。
産業上の利用可能性
シリンダ内壁面のエンジンオイルを希釈せず、必要十分な量のポスト噴射を行うこと により、 NOxを吸蔵した NOx吸蔵還元触媒を効率良く再生できるので、車載用ェン ジンのみならず、産業機械用エンジン等にも適用できる。

Claims

請求の範囲
[1] エンジン (11)の排気通路 (14)に設けられ NOx吸収剤及び活性金属が担持された N Ox吸蔵還元触媒 (16)と、前記排気通路 (14)内の排ガスに燃料 (15)を添加して前記 N Ox吸蔵還元触媒 (16)に前記燃料 (15)を供給する燃料添加手段 (17)とを備えた排ガス 浄ィ匕装置において、
前記燃料添加手段 (17)が、前記エンジン (11)のシリンダ (22)へのメイン噴射に続 ヽ て前記シリンダ (22)内で前記燃料 (15)が着火しないタイミングでポスト噴射を行う蓄圧 型燃料噴射装置であり、
前記ポスト噴射が前記エンジン (11)の膨張行程の後期に 3回〜 20回に分けて行わ れるように構成された排ガス浄ィ匕装置。
[2] エンジン (11)の膨張行程の開始時であるピストン (26)の上死点位置をクランク角度 0 度とするとき、前記膨張行程の後期に 3回〜 20回に分けて行われるポスト噴射のうち 最初のポスト噴射が前記クランク角度 90〜 120度の範囲で開始される請求項 1記載 の排ガス浄化装置。
[3] NOx吸蔵還元触媒 (16)の NOx吸蔵量がエンジン負荷及びエンジン回転速度に基 づく予測マップ力 積算されるように構成された請求項 1記載の排ガス浄ィ匕装置。
[4] 3回〜 20回に分けて行われるポスト噴射の各回の噴射量が互いに同じか又は初回 以降漸次減少する請求項 1記載の排ガス浄化装置。
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