JP4934082B2 - Exhaust purification device - Google Patents
Exhaust purification device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4934082B2 JP4934082B2 JP2008049737A JP2008049737A JP4934082B2 JP 4934082 B2 JP4934082 B2 JP 4934082B2 JP 2008049737 A JP2008049737 A JP 2008049737A JP 2008049737 A JP2008049737 A JP 2008049737A JP 4934082 B2 JP4934082 B2 JP 4934082B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- way catalyst
- exhaust gas
- nox
- exhaust
- fuel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
本発明は、排気ガス中のNOxを低減するための排気浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust purification device for reducing NOx in exhaust gas.
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にNOxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排気ガス中のNOx(窒素酸化物)と還元反応させ、これによりNOxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。 Conventionally, a diesel engine is equipped with a selective reduction catalyst having a property of selectively reacting NOx with a reducing agent even in the presence of oxygen in the middle of an exhaust pipe through which exhaust gas flows, and the selective reduction catalyst A required amount of a reducing agent is added to the upstream side of the catalyst so that the reducing agent undergoes a reduction reaction with NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas on the selective catalytic reduction catalyst, thereby reducing the NOx emission concentration. There is what I did.
他方、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にNH3(アンモニア)を用いてNOxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、NH3のような有毒な物質を搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, in the field of industrial flue gas denitration treatment in plants and the like, the effectiveness of a method for reducing and purifying NOx using NH 3 (ammonia) as a reducing agent is already widely known. Since it is difficult to ensure safety with respect to traveling with a toxic substance such as NH 3 , in recent years, the use of non-toxic urea water as a reducing agent has been studied (for example, , See Patent Document 1).
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排気ガス中に添加すれば、該排気ガス中で尿素水がNH3とCO2(炭酸ガス)に分解され、選択還元型触媒上で排気ガス中のNOxがNH3により良好に還元浄化されることになる。
しかしながら、このように尿素水を還元剤とする選択還元型触媒を用いた排気浄化装置では、尿素水を貯溜しておくための尿素水タンクを新たに増設しなければならないため、該尿素水タンクの搭載スペースの確保が難しいという問題や、コストの高騰が避けられなくなるという問題を招く結果となり、更には、運転者が簡単に尿素水を入手できるようにインフラを整備しなければならないという社会的な問題も招いてしまっていた。 However, in the exhaust gas purification apparatus using the selective reduction catalyst using urea water as a reducing agent in this way, a urea water tank for storing urea water must be newly added. As a result, there is a problem that it is difficult to secure the installation space for the vehicle, and that it is unavoidable that the rise in cost is unavoidable, and that the infrastructure must be improved so that the driver can easily obtain urea water. The problem was also invited.
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、尿素水を還元剤として使用することなく排気ガス中のNOxを効果的に還元浄化し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an exhaust purification device capable of effectively reducing and purifying NOx in exhaust gas without using urea water as a reducing agent. Yes.
本発明は、ディーゼルエンジンの排気管途中にNOxとNH3の吸着能を持たせた三元触媒を配設し、エンジン稼働中のアクセルオフ時に前記三元触媒で排気ガス中のNOxとH2からNH3が生成される程度まで深く空気過剰率を下げ且つその低い空気過剰率でも無煙燃焼を保ち得るよう予混合圧縮着火を前記ディーゼルエンジンに行わしめる制御装置を備えたことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。 In the present invention, a three-way catalyst having NOx and NH 3 adsorption capacity is disposed in the middle of an exhaust pipe of a diesel engine, and the NOx and H 2 in the exhaust gas are exhausted by the three-way catalyst when the accelerator is off while the engine is operating. Exhaust gas having a control device that performs premixed compression ignition on the diesel engine so that the excess air ratio can be reduced deeply to the extent that NH 3 is generated from the exhaust gas and smokeless combustion can be maintained even at the low excess air ratio This relates to a purification device.
而して、エンジン稼働中のアクセルオフ時に制御装置により空気過剰率が深く下げられると、三元触媒の還元作用が活発化してNOxがN2となり、このN2が排気ガス中のH2と結びついてNH3が生成され、そのまま三元触媒に吸着されて溜め込まれる。 Thus, when the excess air ratio is deeply lowered by the control device when the accelerator is off while the engine is running, the reduction action of the three-way catalyst is activated and NOx becomes N 2 , and this N 2 becomes H 2 in the exhaust gas. As a result, NH 3 is produced and adsorbed and stored in the three-way catalyst.
即ち、空気過剰率を深く下げて予混合圧縮着火を行うと、単位空気量に対する燃料投入量の割合が増して2000K以上の燃焼温度となり、吸気中の水分(H2O)がH2、O2、OH、Hに熱分解し、本来安定なN2がこれらと反応してNOxが生成され易い環境となるが、三元触媒の活発化した還元作用によりNOxの還元反応も進み、この還元反応時に余剰のH2と反応してNH3が生成されることになる。 That is, when premixed compression ignition is performed with the air excess ratio lowered deeply, the ratio of the fuel input amount to the unit air amount increases to a combustion temperature of 2000 K or more, and the moisture (H 2 O) in the intake air is H 2 , O 2 , Pyrolysis into OH and H, and the originally stable N 2 reacts with these to form an environment where NOx is likely to be generated. However, the reduction reaction of NOx also proceeds due to the active reduction action of the three-way catalyst. During the reaction, it reacts with excess H 2 to produce NH 3 .
この際、空気過剰率は約0.7付近まで深く下げることが好ましいが、ここまで空気過剰率を下げても予混合圧縮着火を行うことで燃焼性が著しく良化されるので、黒煙(多量の煤)を発生しない無煙燃焼を保つことが可能である。 At this time, it is preferable to reduce the excess air ratio deeply to about 0.7. However, even if the excess air ratio is lowered so far, the pre-mixed compression ignition improves the combustibility significantly. It is possible to keep smokeless combustion without generating a large amount of soot).
即ち、通常であれば圧縮上死点近辺で行われるべき燃料のメイン噴射が圧縮上死点より早いタイミングで行われ、気筒内への燃料の先行投入により燃料の予混合化が促進されてから着火燃焼することになるため、燃料が良好に分散混合して均等に薄まった状態で同時全域着火により燃焼が行われて燃焼性が著しく良化される。 That is, after the main injection of fuel, which should normally be performed near the compression top dead center, is performed at a timing earlier than the compression top dead center, and fuel premixing is promoted by the advance injection of fuel into the cylinder. Since ignition and combustion are performed, combustion is performed by simultaneous whole area ignition in a state where the fuel is well dispersed and mixed and thinned uniformly, and the combustibility is remarkably improved.
ただし、エンジン稼働中のアクセルオフ時とは、走行中の減速時や停車中のアイドリング時等のように特にエンジン出力を要求されない場面であるため、単純に燃料噴射量を増やして空気過剰率を下げるだけでなく適宜に空気絞りも併用して空気過剰率を下げ、これにより不必要なエンジン出力が発生しないようにする。 However, when the accelerator is off while the engine is running, the engine output is not particularly required, such as when the vehicle is decelerating or when the vehicle is idling, so simply increase the fuel injection amount to increase the excess air ratio. Not only lowering, but also using an air throttle as appropriate, the excess air ratio is lowered to prevent unnecessary engine output.
そして、アクセルオフの状態が解除されてアクセルが踏み込まれた通常の走行状態に移行し、空気過剰率が通常の約1.6以上の状態に戻されて三元触媒の周囲が有酸素状態になると、三元触媒に既に吸着されているNOxや新たに吸着されたNOxが、アクセルオフ時に溜められたNH3によりN2に還元浄化されることになる。 Then, the accelerator-off state is released and the accelerator travels to a normal driving state, the excess air ratio is returned to a normal state of about 1.6 or more, and the three-way catalyst is in an aerobic state. As a result, NOx already adsorbed on the three-way catalyst and newly adsorbed NOx are reduced and purified to N 2 by NH 3 stored when the accelerator is off.
また、本発明においては、三元触媒の直後にパティキュレートフィルタを配設し、前記三元触媒より上流側で排気ガス中に燃料添加を行い得るように構成することが好ましく、このようにすれば、ディーゼルエンジンにおける酸素残存量の多い排気ガスに晒された三元触媒の酸化作用が活発化し、添加燃料から生じた高濃度のHCが三元触媒で良好に酸化処理され、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの床温度が更に上げられてパティキュレートが短時間のうちに効率良く焼却処理されることになる。 In the present invention, it is preferable that a particulate filter is provided immediately after the three-way catalyst so that fuel can be added to the exhaust gas upstream of the three-way catalyst. For example, the oxidation of a three-way catalyst exposed to exhaust gas with a large amount of residual oxygen in a diesel engine is activated, and high-concentration HC generated from the added fuel is well oxidized by the three-way catalyst. The inflow of the heated exhaust gas further raises the bed temperature of the particulate filter immediately after that, so that the particulates are efficiently incinerated in a short time.
しかも、本発明では、エンジン稼働中のアクセルオフ時に深く空気過剰率を下げた予混合圧縮着火が行われるため、特に走行中の減速時でのアクセルオフの場合に、ディーゼルエンジンの燃料噴射が停止して低温の吸気が燃焼行程を経ずにそのまま三元触媒及びパティキュレートフィルタへ流れ込むことがなくなり、これら三元触媒及びパティキュレートフィルタが急激に熱を奪われてしまうような不具合が未然に回避され、しかも、高温の排気ガスが三元触媒及びパティキュレートフィルタへ流れ込むことで寧ろ積極的な昇温が成されるので、パティキュレートフィルタの再生が完了するまでにかかる時間が大幅に短縮される。 Moreover, in the present invention, since premixed compression ignition is performed with a deep excess of the air excess ratio when the accelerator is off while the engine is running, the fuel injection of the diesel engine is stopped especially when the accelerator is off at the time of deceleration while traveling. As a result, low-temperature intake air does not flow directly into the three-way catalyst and the particulate filter without going through the combustion stroke, and the problem that these three-way catalyst and the particulate filter are rapidly deprived of heat is avoided. In addition, since the high temperature exhaust gas flows into the three-way catalyst and the particulate filter, the temperature rises rather positively, so the time required for completing the regeneration of the particulate filter is greatly reduced. .
また、停車中のアイドリング時でのアクセルオフの場合は、従来の極端に低い排気温度と比較して大幅に排気温度の上昇を図ることが可能となるので、特に始動時等において、排気系全体の暖機を短時間のうちに済ませることが可能となり、パティキュレートフィルタの再生が完了するまでにかかる時間が大幅に短縮される。 In addition, when the accelerator is off when idling while the vehicle is stopped, the exhaust temperature can be significantly increased compared to the conventional extremely low exhaust temperature. It is possible to complete the warm-up of the filter within a short time, and the time required for completing the regeneration of the particulate filter is greatly reduced.
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。 According to the exhaust emission control device of the present invention described above, various excellent effects as described below can be obtained.
(I)本発明の請求項1に記載の発明によれば、これまでガソリン車にのみ適用されてきた三元触媒を、NOxとNH3の吸着能を持たせた上でディーゼルエンジンに適用し、エンジン稼働中のアクセルオフ時にNOxからNH3を生成して三元触媒に吸着させて溜め込み、このNH3を用いて排気ガス中のNOxを還元浄化するようにしているので、尿素水を貯溜しておくための尿素水タンクを不要として該尿素水タンクの搭載スペースの確保やコストの高騰に関する問題を解消することができ、しかも、運転者が簡単に尿素水を入手できるようなインフラの整備を不要とすることができ、車両の走行に不可欠な燃料を供給するだけで簡便に運用できる排気浄化装置として普及させることができる。
(I) According to the invention described in
(II)本発明の請求項2に記載の発明によれば、三元触媒及びパティキュレートフィルタの床温度が低くなりがちなエンジン稼働中のアクセルオフ時に、空気過剰率を深く下げて予混合圧縮着火を実行することによりディーゼルエンジンから高温の排気ガスを送り込んで三元触媒及びパティキュレートフィルタの床温度を上げることができるので、空気過剰率を通常付近に戻して燃料添加による強制再生に移行した際に、パティキュレートフィルタを従来よりも効率良く迅速に再生することができ、パティキュレートフィルタの再生が完了するまでにかかる時間を大幅に短縮することができる。 (II) According to the invention described in claim 2 of the present invention, when the accelerator is turned off during engine operation, the bed temperature of the three-way catalyst and the particulate filter tends to be low, the excess air ratio is reduced deeply and the premix compression is performed. By performing ignition, high-temperature exhaust gas can be sent from the diesel engine to raise the bed temperature of the three-way catalyst and particulate filter, so the excess air ratio was returned to the normal vicinity and the process shifted to forced regeneration by adding fuel. At this time, the particulate filter can be regenerated more efficiently and quickly than before, and the time taken to complete the regeneration of the particulate filter can be greatly reduced.
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図中1はターボチャージャ2を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ3から導かれた吸気4が吸気管5を通し前記ターボチャージャ2のコンプレッサ2aへと送られ、該コンプレッサ2aで加圧された吸気4がインタークーラ6へと送られて冷却され、該インタークーラ6から更に吸気マニホールド7へと吸気4が導かれてディーゼルエンジン1の各気筒8(図1では直列6気筒の場合を例示している)に分配されるようになっている。
FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention. In FIG. 1,
また、前記ディーゼルエンジン1の各気筒8から排出された排気ガス9は、排気マニホールド10を介しターボチャージャ2のタービン2bへと送られ、該タービン2bを駆動した排気ガス9が排気管11(排気流路)を介し車外へ排出されるようにしてある。
Further, the exhaust gas 9 discharged from each cylinder 8 of the
そして、前記排気管11の途中には、フィルタケース12が介装されており、フィルタケース12内における後段側に、酸化触媒を一体的に担持して成る触媒再生型のパティキュレートフィルタ13が収容されている。
In the middle of the
即ち、このパティキュレートフィルタ13は、セラミックから成る多孔質のハニカム構造を有し、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガス9のみが下流側へ排出されるようにしてある。
In other words, this
そして、前記フィルタケース12内におけるパティキュレートフィルタ13の前段には、NOxとNH3の吸着能を持たせたフロースルー型の三元触媒14が装備されており、より具体的には、従来周知のPtやPd、Rh、ZeO、CeO等から成る三元触媒に、排気ガス9中のNOxとNH3を物理的に吸着する能力に優れたゼオライト系触媒(例えばCu/ゼオライト触媒やFe/ゼオライト触媒等)をコーティングしたり、この種のゼオライト系触媒を原料段階から混ぜて一緒に担持させたりした三元触媒14を適用している。
In addition, a flow-through type three-
ここで、従来周知の三元触媒とは、排気ガス9中のCO及びHCの酸化とNOxの還元を同時に行い、排気ガス9中の有害ガス三成分を無害なCO2、H2O、N2に浄化するものであり、空気過剰率が1.0前後の理論空燃比付近でだけ有効に働くものであるが、通常の走行状態で空気過剰率が1.6以上にもなるディーゼルエンジンでは、排気ガス9中の残存酸素量が多すぎて三元触媒を有効利用することができず、これまではガソリン車にのみ適用されてきた経緯がある。 Here, the conventionally known three-way catalyst simultaneously performs oxidation of CO and HC in the exhaust gas 9 and reduction of NOx, and removes the three harmful gas components in the exhaust gas 9 as harmless CO 2 , H 2 O, N it is intended to purify the 2, but in which the excess air ratio of 1.0 works only effective in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio before and after, in a diesel engine air excess ratio is also 1.6 or more under normal running state The remaining oxygen amount in the exhaust gas 9 is too large to effectively use the three-way catalyst, and there has been a history of being applied only to gasoline vehicles so far.
尚、従来周知の三元触媒の浄化特性は、空気過剰率(空燃比)により大きく変化し、空気過剰率が高い時(空燃比が薄い時)に、排気ガス9中の残存酸素量が多いことから酸化作用が活発化して還元作用が不活発となり、空気過剰率が低い時(空燃比が濃い時)に、逆に還元作用が活発化して酸化作用が不活発となることが知られている。 Note that the purification characteristics of the conventionally known three-way catalyst greatly change depending on the excess air ratio (air-fuel ratio), and when the excess air ratio is high (when the air-fuel ratio is low), the amount of residual oxygen in the exhaust gas 9 is large. Therefore, it is known that when the excess air ratio is low (when the air-fuel ratio is high), the reduction action becomes active and the oxidation action becomes inactive when the oxidation action becomes active and the reduction action becomes inactive. Yes.
一方、ゼオライトはアルミナケイ酸塩質の多孔性結晶材料であり、結晶中に均一な分子レベルの細孔を規則正しく配向して備えていることを特徴とし、この細孔を通じて各種の分子を空洞又は孔路内に吸着する性質を備えており、このような性質以外にも、細孔が均一であることに基づく分子ふるい作用を持つ性質(細孔の孔径より小さい分子しか吸着しない)、結晶構造中のカチオンとアニオンの作用により極性物質を強く吸着する性質、触媒作用を持つ性質も兼ね備えている。 Zeolite, on the other hand, is an alumina silicate porous crystal material, characterized by having uniform molecular level pores regularly oriented in the crystal, through which various molecules are hollow or In addition to these properties, it has the property of adsorbing inside pores, and has the function of molecular sieving based on the uniform pores (adsorbs only molecules smaller than the pore diameter), crystal structure It also has the property of strongly adsorbing polar substances by the action of the cations and anions therein and the property of having a catalytic action.
また、この種のゼオライトは、その骨格構造の型に基づき多種類に分類されるが、細孔内へNOxとNH3を吸着する能力と、NOxとNH3との反応を促進する能力と、高耐熱性、高耐久性とに優れたものを適宜に選定すれば良く、同様の性質を備えたゼオライト類縁化合物の中から選定することも可能である。 Also, this type of zeolite is classified into various types based on the type of its backbone structure, the ability to adsorb NOx and NH 3 into the pores, and the ability to promote the reaction between NOx and NH 3, What is necessary is just to select suitably the thing excellent in high heat resistance and high durability, and it is also possible to select from the zeolite related compounds provided with the same property.
更に、前記ディーゼルエンジン1には、各気筒8毎に装備された図示しないインジェクタから成る燃料噴射装置15が搭載されており、該燃料噴射装置15における各インジェクタの電磁弁が、エンジン制御コンピュータ(ECU:Electronic Control Unit)を成す制御装置16により負荷や回転数に基づいて適切に噴射タイミングや噴射量(開弁時間)を適切に制御されるようにしてあるが、エンジン稼働中のアクセルオフ時には、前記三元触媒14で排気ガス9中のNOxとH2からNH3が生成される程度まで深く空気過剰率(λ)を下げ且つその低い空気過剰率でも無煙燃焼を保ち得る予混合圧縮着火が実行されるようにしてある。
Further, the
ただし、エンジン稼働中のアクセルオフ時とは、走行中の減速時や停車中のアイドリング時等のように特にエンジン出力を要求されない場面であるため、単純に燃料噴射量を増やして空気過剰率を下げるだけでなく適宜に吸気バルブ17の開度を絞る空気絞り(ターボチャージャ2をバリアブルジオメトリーターボチャージャとしてタービン効率を下げることで吸入空気量を減らしても良い)も併用して空気過剰率を下げ、これにより不必要なエンジン出力が発生しないようにする。 However, when the accelerator is off while the engine is running, the engine output is not particularly required, such as when the vehicle is decelerating or when the vehicle is idling, so simply increase the fuel injection amount to increase the excess air ratio. In addition to reducing the air intake rate, the air throttle (the turbocharger 2 can be used as a variable geometry turbocharger to reduce the turbine efficiency to reduce the intake air amount) can be used to reduce the excess air ratio. To avoid unnecessary engine power.
また、この際に併用される予混合圧縮着火とは、通常であれば圧縮上死点近辺で行われるべきメイン噴射を圧縮上死点より早いタイミングで行い、気筒8内への燃料の先行投入により燃料の予混合化を促進してから着火燃焼させるようにする燃焼方式のことを指しており、従来にあっては、NOxの生成を抑制するための燃焼方式として知られているものであるが、ここでは空気過剰率を深く下げることで寧ろNOxを生成し易くし、このNOxを利用することで後述の如く三元触媒14上でNH3を生成して吸着し得るようにしている。
In addition, the premixed compression ignition used in this case is that the main injection that should normally be performed in the vicinity of the compression top dead center is performed at a timing earlier than the compression top dead center, and the fuel is put into the cylinder 8 in advance. Refers to a combustion method that promotes premixing of fuel and then performs ignition and combustion, and is conventionally known as a combustion method for suppressing the generation of NOx However, NOx is more easily generated by lowering the excess air ratio deeply, and by using this NOx, NH 3 can be generated and adsorbed on the three-
しかも、本形態例においては、パティキュレートフィルタ13の強制再生を行う必要が生じた際に、圧縮上死点(クランク角0゜)付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミング(開始時期がクランク角90゜〜120゜の範囲)でポスト噴射が追加されるようになっている。
Moreover, in this embodiment, when the forced regeneration of the
つまり、このポスト噴射により排気ガス9中に未燃の燃料が添加されることになり、この未燃の燃料から生じた高濃度のHCが三元触媒14を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガス9の流入により直後のパティキュレートフィルタ13の床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタ13の再生化が図られるようになっている。
That is, unburned fuel is added to the exhaust gas 9 by this post injection, and high-concentration HC generated from the unburned fuel undergoes an oxidation reaction while passing through the three-
また、図1中の符号の18は排気管11におけるタービン2bの出口付近に設けられた排気ブレーキ、19は排気ガス9を排気側から吸気側へ再循環するためのEGRライン、20はその再循環される排気ガス9の一部を冷却する水冷式のEGRクーラ、21はEGRバルブを夫々示している。
1 is an exhaust brake provided near the outlet of the turbine 2b in the
而して、エンジン稼働中のアクセルオフ時に、制御装置16により燃料噴射装置15と吸気バルブ17とが制御されて空気過剰率が深く下げられると、三元触媒14の還元作用が活発化してNOxがN2となり、このN2が排気ガス9中のH2と結びついてNH3が生成され、そのまま三元触媒14に吸着されて溜め込まれる。
Thus, when the
即ち、空気過剰率を深く下げて予混合圧縮着火を行うと、単位空気量に対する燃料投入量の割合が増して2000K以上の燃焼温度となり、吸気中の水分(H2O)がH2、O2、OH、Hに熱分解し、本来安定なN2がこれらと反応してNOxが生成され易い環境となるが、三元触媒14の活発化した還元作用によりNOxの還元反応も進み、この還元反応時に余剰のH2と反応してNH3が生成されることになる。
That is, when premixed compression ignition is performed with the air excess ratio lowered deeply, the ratio of the fuel input amount to the unit air amount increases to a combustion temperature of 2000 K or more, and the moisture (H 2 O) in the intake air is H 2 , O 2 , which decomposes thermally into OH and H and reacts with the originally stable N 2 to generate NOx, but the NOx reduction reaction is promoted by the active reduction action of the three-
この際、空気過剰率は約0.7付近まで深く下げることが好ましいが、ここまで空気過剰率を下げても予混合圧縮着火を行うことで燃焼性が著しく良化されるので、黒煙(多量の煤)を発生しない無煙燃焼を保つことが可能である。 At this time, it is preferable to reduce the excess air ratio deeply to about 0.7. However, even if the excess air ratio is lowered so far, the pre-mixed compression ignition improves the combustibility significantly. It is possible to keep smokeless combustion without generating a large amount of soot).
即ち、通常であれば圧縮上死点近辺で行われるべき燃料のメイン噴射が圧縮上死点より早いタイミングで行われ、気筒内への燃料の先行投入により燃料の予混合化が促進されてから着火燃焼することになるため、燃料が良好に分散混合して均等に薄まった状態で同時全域着火により燃焼が行われて燃焼性が著しく良化される。 That is, after the main injection of fuel, which should normally be performed near the compression top dead center, is performed at a timing earlier than the compression top dead center, and fuel premixing is promoted by the advance injection of fuel into the cylinder. Since ignition and combustion are performed, combustion is performed by simultaneous whole area ignition in a state where the fuel is well dispersed and mixed and thinned uniformly, and the combustibility is remarkably improved.
ただし、エンジン稼働中のアクセルオフ時とは、走行中の減速時や停車中のアイドリング時等のように特にエンジン出力を要求されない場面であるため、単純に燃料噴射量を増やして空気過剰率を下げるだけでなく適宜に空気絞りも併用して空気過剰率を下げ、これにより不必要なエンジン出力が発生しないようにする。 However, when the accelerator is off while the engine is running, the engine output is not particularly required, such as when the vehicle is decelerating or when the vehicle is idling, so simply increase the fuel injection amount to increase the excess air ratio. Not only lowering, but also using an air throttle as appropriate, the excess air ratio is lowered to prevent unnecessary engine output.
尚、このようなアクセルオフ時における空気過剰率の調整や予混合圧縮着火の着火タイミングの調整には、EGRライン19による排気ガス9の再循環量の制御を併用するようにしても良い。
In addition, you may make it use together control of the recirculation amount of the exhaust gas 9 by the
そして、アクセルオフの状態が解除されてアクセルが踏み込まれた通常の走行状態に移行し、空気過剰率が通常の約1.6以上の状態に戻されて三元触媒14の周囲が有酸素状態になると、三元触媒14に既に吸着されているNOxや新たに吸着されたNOxが、アクセルオフ時に溜められたNH3によりN2に還元浄化されることになる。
Then, the accelerator-off state is released and the vehicle is shifted to a normal driving state where the accelerator is depressed, the excess air ratio is returned to a normal state of about 1.6 or more, and the three-
また、パティキュレートフィルタ13に強制再生を行う必要が生じた際に、制御装置16により燃料噴射装置15でポスト噴射による燃料添加を行わしめて強制再生を開始すると、ディーゼルエンジン1における酸素残存量の多い排気ガス9に晒された三元触媒14の酸化作用が活発化し、添加燃料から生じた高濃度のHCが三元触媒14で良好に酸化処理され、その反応熱で昇温した排気ガス9の流入により直後のパティキュレートフィルタ13の床温度が更に上げられてパティキュレートが短時間のうちに効率良く焼却処理されることになる。
Further, when it is necessary to perform forced regeneration on the
この際、メイン噴射の燃料の一部をメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射として振り分け、若干遅めのタイミングで燃焼させることによりディーゼルエンジン1の熱効率を下げ、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量を増やして排気温度の更なる上昇を図るようにしても良い。
At this time, a part of the fuel of the main injection is distributed as after-injection at a combustible timing immediately after the main injection, and burned at a slightly later timing to lower the thermal efficiency of the
また、パティキュレートフィルタ13の強制再生時には、吸気バルブ17の開度を絞る空気絞りを併用することも可能であり、このようにすれば、吸気バルブ17により吸気4が絞り込まれ、ディーゼルエンジン1での燃焼による排気ガス9の発生量が投入熱量に対し減少することで排気温度の更なる上昇が図られる。
In addition, when the
更に、パティキュレートフィルタ13の強制再生時には、排気ブレーキ18の開度を絞り込む排気絞りを併用することも可能であり、このようにすれば、アクセルオフ時に排気が絞り込まれ、これより上流側の排気ガス9が昇圧されることで排気温度の上昇が図られ、しかも、エンジンの排気抵抗が高まることにより気筒8内に比較的温度の低い吸気4が流入し難くなって比較的温度の高い排気ガス9の残留量が増加し、この比較的温度の高い排気ガス9を多く含む気筒8内の空気が次の圧縮行程で圧縮されて爆発行程を迎えることでも排気温度の更なる上昇が図られる。
In addition, when the
また、本形態例では、エンジン稼働中のアクセルオフ時に深く空気過剰率を下げた予混合圧縮着火が行われるため、特に走行中の減速時でのアクセルオフの場合に、ディーゼルエンジン1の燃料噴射が停止して低温の吸気が燃焼行程を経ずにそのまま三元触媒14及びパティキュレートフィルタ13へ流れ込むことがなくなり、これら三元触媒14及びパティキュレートフィルタ13が急激に熱を奪われてしまうような不具合が未然に回避され、しかも、高温の排気ガス9が三元触媒14及びパティキュレートフィルタ13へ流れ込むことで寧ろ積極的な昇温が成されるので、パティキュレートフィルタ13の再生が完了するまでにかかる時間が大幅に短縮される。
Further, in the present embodiment, since premixed compression ignition is performed in which the excess air ratio is deeply reduced when the accelerator is off while the engine is operating, the fuel injection of the
また、停車中のアイドリング時でのアクセルオフの場合は、従来の極端に低い排気温度と比較して大幅に排気温度の上昇を図ることが可能となるので、特に始動時等において、排気系全体の暖機を短時間のうちに済ませることが可能となり、パティキュレートフィルタ13の再生が完了するまでにかかる時間が大幅に短縮される。
In addition, when the accelerator is off when idling while the vehicle is stopped, the exhaust temperature can be significantly increased compared to the conventional extremely low exhaust temperature. It is possible to complete the warm-up in a short time, and the time required for the regeneration of the
従って、上記形態例によれば、これまでガソリン車にのみ適用されてきた三元触媒14を、NOxとNH3の吸着能を持たせた上でディーゼルエンジン1に適用し、エンジン稼働中のアクセルオフ時にNOxからNH3を生成して三元触媒14に吸着させて溜め込み、このNH3を用いて排気ガス9中のNOxを還元浄化するようにしているので、尿素水を貯溜しておくための尿素水タンクを不要として該尿素水タンクの搭載スペースの確保やコストの高騰に関する問題を解消することができ、しかも、運転者が簡単に尿素水を入手できるようなインフラの整備を不要とすることができ、車両の走行に不可欠な燃料を供給するだけで簡便に運用できる排気浄化装置として普及させることができる。
Therefore, according to the above-described embodiment, the three-
また、三元触媒14及びパティキュレートフィルタ13の床温度が低くなりがちなエンジン稼働中のアクセルオフ時に、空気過剰率を深く下げて予混合圧縮着火を実行することによりディーゼルエンジン1から高温の排気ガス9を送り込んで三元触媒14及びパティキュレートフィルタ13の床温度を上げることができるので、空気過剰率を通常付近に戻して燃料添加による強制再生に移行した際に、パティキュレートフィルタ13を従来よりも効率良く迅速に再生することができ、パティキュレートフィルタ13の再生が完了するまでにかかる時間を大幅に短縮することができる。
Further, when the accelerator is off while the engine is operating, the bed temperature of the three-
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、強制再生時の燃料添加を行うに際しては、ディーゼルエンジン側でのポスト噴射に替えて、排気管途中への直接噴射を採用することも可能であり、ポスト噴射と排気管途中への直接噴射の両方を適宜に併用しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Note that the exhaust emission control device of the present invention is not limited to the above-described embodiment. When adding fuel at the time of forced regeneration, instead of post-injection at the diesel engine side, Direct injection can also be adopted, and both post injection and direct injection in the middle of the exhaust pipe may be used together as appropriate, and various other modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Of course.
1 ディーゼルエンジン
9 排気ガス
11 排気管
13 パティキュレートフィルタ
14 三元触媒
15 燃料噴射装置
16 制御装置
17 吸気バルブ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008049737A JP4934082B2 (en) | 2008-02-29 | 2008-02-29 | Exhaust purification device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008049737A JP4934082B2 (en) | 2008-02-29 | 2008-02-29 | Exhaust purification device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009203961A JP2009203961A (en) | 2009-09-10 |
JP4934082B2 true JP4934082B2 (en) | 2012-05-16 |
Family
ID=41146465
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008049737A Expired - Fee Related JP4934082B2 (en) | 2008-02-29 | 2008-02-29 | Exhaust purification device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4934082B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5053134B2 (en) * | 2008-03-11 | 2012-10-17 | 日野自動車株式会社 | Exhaust purification device |
JP5620715B2 (en) * | 2010-05-18 | 2014-11-05 | 日野自動車株式会社 | Exhaust purification device |
CN107035478A (en) * | 2015-07-15 | 2017-08-11 | 王健 | A kind of vehicle exhaust filtering and purifying |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0369576B1 (en) * | 1988-11-18 | 1994-06-15 | Corning Incorporated | Molecular sieve-palladium-platinum catalyst on a substrate |
JP3812240B2 (en) * | 1999-10-04 | 2006-08-23 | 日産自動車株式会社 | Exhaust gas purification device for compression ignition engine |
JP2002161732A (en) * | 2000-11-30 | 2002-06-07 | Hino Motors Ltd | Exhaust gas cleaning device |
US7490464B2 (en) * | 2003-11-04 | 2009-02-17 | Basf Catalysts Llc | Emissions treatment system with NSR and SCR catalysts |
JPWO2005103461A1 (en) * | 2004-04-19 | 2008-03-13 | 本田技研工業株式会社 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
JP2006214370A (en) * | 2005-02-04 | 2006-08-17 | Hino Motors Ltd | Exhaust emission control device |
-
2008
- 2008-02-29 JP JP2008049737A patent/JP4934082B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009203961A (en) | 2009-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6300527B2 (en) | Exhaust system including NOx reduction catalyst and EGR circuit | |
JP2007291980A (en) | Exhaust emission control device | |
EP2683468B1 (en) | Exhaust system having ammonia slip catalyst in egr circuit | |
US20160040569A1 (en) | Exhaust gas purifying filter, system and regenerating gasoline particulate filter, and method thereof | |
JP2009540189A (en) | Improved hybrid NOX prevention system | |
KR20110136900A (en) | Compression ignition engine and exhaust system for it | |
US7900441B2 (en) | Precat-NOx adsorber exhaust aftertreatment system for internal combustion engines | |
US7377101B2 (en) | Plasma fuel converter NOx adsorber system for exhaust aftertreatment | |
JP2010540818A5 (en) | ||
US20040188238A1 (en) | System and method for concurrent particulate and NOx control | |
JP4934082B2 (en) | Exhaust purification device | |
US8745974B2 (en) | Exhaust system | |
JP2009150279A (en) | Exhaust gas treatment device | |
JP2006242020A (en) | Exhaust emission control device | |
JP5053134B2 (en) | Exhaust purification device | |
JP4233393B2 (en) | Exhaust purification equipment | |
JP2007002697A (en) | Exhaust emission control device | |
CN103912343B (en) | I. C. engine catalytic converter and the waste gas purification apparatus with the converter | |
JP2009216021A (en) | Exhaust emission control device | |
WO2010010738A1 (en) | Exhaust gas purification system | |
JP2007009718A (en) | Exhaust emission control device | |
JP2007291981A (en) | Exhaust emission control device | |
JP5085393B2 (en) | Exhaust purification device | |
JP2001140630A (en) | Exhaust emission control device for internal combustion engine | |
US11686236B1 (en) | Device for the reduction of ammonia and nitrogen oxides emissions |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110204 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120130 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120214 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120217 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150224 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |