JP2004092497A - Exhaust emission control device of diesel engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガスをNOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタを用いて浄化するディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
トラックやバスなどに多く搭載されているディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、カーボン粒子を主な成分とするパティキュレート(排気微粒子:パティキュレートマター;以下、PMと称す)が含まれている。またディーゼルエンジンは、空気量が多い状況下で燃焼が行われるため、ガソリンエンジンのリーンバーン燃焼と同様、酸素過剰を要因としてNOxが発生しやすい。
【0003】
そのため、ディーゼルエンジンの排気ガスの浄化には、PMの除去およびNOxの双方の浄化が求められる。
【0004】
そこで、ディーゼルエンジンでは、排気通路に、NOx吸蔵触媒を担持したNOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタを設けて、排気ガス中に含まれるPMをパティキュレートフィルタで取り除き、排気ガス中に含まれるNOxを、酸素が過剰な雰囲気を利用してNOx吸蔵触媒の吸蔵機能により取り除くことが行われている。
【0005】
ところで、NOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタは、NOxの吸蔵量やPMの堆積量が所定量までに達したら、機能回復のために再生をしなければならない。この再生には、NOx吸蔵触媒がもつ特有の性質である酸素濃度が低下する雰囲気、すなわち還元雰囲気のとき、吸蔵されたNOxを放出する特性を利用して、NOx吸蔵触媒から放出したNOxを還元雰囲気中のHCやCOなどと反応(還元)させて浄化させる。そして、このNOx吸蔵触媒の再生の際に発生するNO2や熱を用いて、パティキュレートフィルタに堆積されているPMを酸化させる。
【0006】
そこで、NOx吸蔵触媒の再生のために、例えば特開2000−186531号に示されているようにトラックに搭載されている暖房用の燃焼式ヒータの燃焼ガスを用いて、エンジンの排気通路に設置してあるNOx吸蔵触媒の再生を行う構造が提案されている。これは、暖房用燃焼式ヒータの排気ガスをNOx吸蔵触媒の入口側へ導く構造を用いて、NOx吸蔵触媒の再生時、燃焼式ヒータで空燃比をリッチ側に制御して燃料を燃焼させ、この燃焼ガスをNOx吸蔵触媒へ供給しようとする技術である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、NOx吸蔵触媒の再生には、NOx吸蔵触媒が活性温度まで温度上昇していること、HCやCOが吸蔵NOxと還元する雰囲気であることが求められる。
【0008】
ところが、燃焼式ヒータは暖房用なので、暖房が必要な冬期時、燃焼式ヒータの熱の多くは、熱交換器を通じて、車室内の暖房に費やされるために、燃焼ガスの熱量は少ない。また暖房を必要としない夏期時でも、暖房用の熱交換器から燃焼熱が奪われるために、燃焼式ヒータの燃焼熱を用いて、NOx吸蔵触媒を十分に暖めることは難しい。
【0009】
しかも、ディーゼルエンジンの主燃焼は、常に酸素(空気)が過剰な状態な運転されるために、燃焼式ヒータの空燃比を変えて燃焼をリッチにする程度では、HCやCOがNOx吸蔵触媒に十分に供給できるような還元雰囲気を確保できない。特に主燃焼は、EGRで燃焼ガスを還流させてもリッチになりにくい。
【0010】
このため、暖房用の燃焼式ヒータを用いた構造では、NOx吸蔵触媒を再生することは難しい。そのために、NOx吸蔵触媒を再生するためには、ディーゼルエンジンの主燃焼をリッチ側に強制的に変更させることが求められる。しかし、主燃焼の変更は、大きなトルク変動をきたし、ショックを発生させる難点がある。しかも、スモーク(黒煙)が発生するおそれがある。
【0011】
そこで、本発明は、エンジンの主燃焼は変更せずに、良好にNOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタの再生が行えるディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、NOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタの流入側に、排気ガス中のHCをCOに転換させるCO生成触媒を設け、該CO生成触媒の流入側に、エンジンの排気ガスの温度を上昇させるバーナを設け、該CO生成触媒から上流側の排気通路の部位に、排気ガス中にHCを添加するHC添加手段を設け、バーナ、HC添加手段を制御する制御部を設け、NOx吸蔵触媒の再生処理の要求時、バーナ、HC添加手段の制御により、CO生成触媒からのCOでNOx吸蔵触媒に吸蔵されたNOxを還元反応させる還元環境を形成する構成とした。
【0013】
同構成により、NOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタの再生処理の要求時、再生に求められる触媒活性温度は、バーナの作動により制御され、また再生に求められるHC添加量は、HC添加手段の作動により制御される。つまり、ディーゼルエンジンの主燃焼とは独立した系統の制御により、NOx吸蔵触媒に吸蔵したNOxの還元やパティキュレートフィルタで捕集したパティキュレートの酸化が行われるようになる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図1ないし図5に示す一実施形態にもとづいて説明する。
【0015】
図1中1は、例えばトラックやバスなどの車両に搭載される走行用ディーゼルエンジンのエンジン本体を示している。エンジン本体1は、例えば直列に並んだ4つの気筒2a〜2dを備えている。各気筒2a〜2dには、ピストン(図示しない)が往復動可能に収めてある。また各気筒2a〜2dの上部にあるシリンダヘッド(図示しない)には、気筒毎にインジェクタ(図示しない)、吸気ポート3a〜3d、排気ポート4a〜4d、吸・排気弁(図示しない)が設けてある。各インジェクタには燃料供給装置(図示しない)が接続されている。これにより、各気筒2a〜2dの吸・排気弁が所定のタイミングで開閉、燃料供給装置からの燃料が各インジェクタから所定のタイミングで所定量の燃料が各気筒2a〜2dへ噴射されることにより、各気筒2a〜2dで、所定サイクル、例えば吸気、圧縮、爆発、排気のサイクルが繰り返されるようにしてある。
【0016】
またエンジン本体1の片側に開口した各吸気ポート3a〜3dの入口には、吸気マニホールド5が接続してある。この吸気マニホールド5には、途中に空冷式のインタクーラ6、ターボ過給機7のコンプレッサ部7aが組付けてある吸気管8が接続されていて、吸気管8を通じて各気筒2a〜2dへ燃焼用の空気を導入できるようにしている。残る片側に開口した各排気ポート4a〜4dの出口には、排気マニホールド9が接続してある。この排気マニホールド9には、途中にターボ過給機7のタービン部7bが組付けてある排気管10が接続されていて、燃焼を終えた各気筒2a〜2dからの排気ガスを外部へ排気できるようにしている。この排気ポート4a〜4dから排気管10の末端までの通路を本実施形態では排気通路と称している。
【0017】
なお、吸気マニホールド5の入口には例えばソレノイド駆動式の吸気絞り弁11が設置してある。また例えば吸気マニホールド5と排気マニホールド9との間には、EGR弁13aを有するEGR通路13bで両者間をバイパスさせる構造のEGR装置13が設けてある。
【0018】
こうしたディーゼルエンジンの排気管10の後部には、排気浄化装置の本体部15が設けてある。
【0019】
本体部15を説明すると、同本体部15は、例えば両端部が絞られ、中央が排気管10より大径に形成された筒形のケーシング16をもつ。そして、ケーシング16の一端部に形成された流入口16aが、排気マニホールド9から延びている排気管部分に接続され、ケーシング16の他端部に形成された流出口16bが、大気に開放している排気管部分に接続してある。
【0020】
このケーシング16内には、NOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタ(NOx吸蔵触媒担持DPF)18が収容してある。このパティキュレートフィルタ18は、例えば排気ガスが通過可能でパティキュレートが通過不能な多孔質の隔壁で仕切られた多角形断面をもつフィルタ部分18aを有し、このフィルタ部分18aの隔壁で形成された多数の貫通孔の隣接する入口と出口とを交互に栓で交互に封止した構造が用いてある。これで、排気ガスが隔壁を通過するとき、排気ガスに含まれるパティキュレート(以下、PMという)が捕集されるようにしている。このフィルタ部分18aの壁面上には、NOx吸蔵触媒が担持されていて、排気ガスに含まれるNOxの除去も行える構造にしてある。
【0021】
またケーシング16内には、NOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタ18の上流側に位置して、CO生成触媒19が収めてある。CO生成触媒19は、排気ガス中に含まれるHCをCOに転換する機能をもつ触媒である。このCO生成触媒19により、NOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタ18の再生時、後述するHC(還元剤)の添加を利用して、NOxと反応しやすいCOが生成されるようにしてある。
【0022】
なお、NOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタ18の流入側には、触媒に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサ20a、該触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出するA/Fセンサ20b、パティキュレートフィルタ18の入・出口の差圧を検出する圧力センサ20cが設けてある。また流出口16bの付近にはNOx濃度を検出するNOxセンサ20dが設けてある。
【0023】
一方、CO生成触媒19の上流側の近く、例えば流入口16aの付近の排気管部分には、燃焼式バーナ22(本願のバーナに相当)が取付けてある。この燃焼式バーナ22は、触媒活性のために排気ガスの温度を上昇させるだけに用いる専用機器である。そのために、燃焼式バーナ22は、例えばその先端部にある火炎発生の燃焼ヘッド22aを上流側から斜めに排気管部分に接続して、バーナ燃焼で発生する高温の排気ガスを排気管10の下流側へ送り込める構造にしてある。
なお、燃焼式バーナ22の燃焼ヘッド22aは、火炎がCO生成触媒19と触れないよう、排気管10との間に短管10aを介在させて、CO生成触媒19から離してある。
【0024】
またCO生成触媒19から上流の排気通路、例えば燃焼式バーナ22の上流側の排気管部分には、HC添加手段として軽油添加インジェクタ23が設置してある。この軽油添加インジェクタ23は、還元剤として例えば軽油(HC)を排気管10内へ噴射する機能をもつ。この排気ガス中へ軽油を添加することによって、排気ガスが強制的に還元雰囲気になる。そして、このHC濃度の増加した排気ガスがCO生成触媒19へ供給されることにより、該CO生成触媒19のHCをCOに転換する機能を用いて、NOxと反応しやすいCOを多量にNOx吸蔵触媒へ送り込めるようにしている。
【0025】
他方、24は、制御手段としてのECU(例えばマイクロコンピュータで構成される)である。ECU24には、吸気絞り弁11、EGR弁13a,各種センサ20a〜20d、燃焼式バーナ22が接続してある。またECU24には、図2のブロック図に示されるようなNOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタ18の再生のための機能が設定してある。すなわち、
・車両の走行時間や走行距離やNOxセンサ21の検出信号などにしたがい、NOxを吸蔵、PMを捕集している通常運転モードから、NOx放出還元モードやS被毒再生モードへ移行する機能。
【0026】
・NOx放出還元モード時は、燃焼式バーナ22の作動で排気ガスの温度を上昇させて、NOx吸蔵触媒、CO生成触媒19を同モードに適した活性温度(例えば300℃を超える付近の温度)まで上昇させる制御と、軽油添加インジェクタ23の作動で排気ガスのA/F(空燃比)をリッチ側に変える制御とを実施して、CO生成触媒19からのCOで吸蔵NOxを放出させる還元反応の環境を形成する機能。
【0027】
・S被毒再生モード時は、燃焼式バーナ22の作動で排気ガスの温度を上昇させて、NOx吸蔵触媒、CO生成触媒19を同モードに適した活性温度(例えば600℃〜650℃位)まで上昇させる制御と、軽油添加インジェクタ23の作動で排気ガスのA/Fをリッチ側に変える制御とを実施して、同様にCO生成触媒19からのCOを用いた還元反応により、S被毒のNOx吸蔵触媒からS(イオウ)を放出させる環境を形成する機能。
【0028】
が設定してある。なお、いずれもモードも、有効な還元環境を形成する点から、吸気絞り弁11およびEGR弁13aを作動させて、トルク変動やスモーク排出が生じない範囲で、排気ガス中のO2を極力低減させることが望ましい。
【0029】
さらにECU24には、この他、
・圧力センサ20の検出信号が、過度のPMの堆積を生じたことを検出した場合、当該ECU24に接続された警告灯25(警告手段)でその旨を運転者に知らせ、併せてPM強制再生モードを始める強制再生スイッチ26の操作を促す機能。
【0030】
・強制再生スイッチ26が操作されたら、車両がアイドリング運転のとき、PM強制再生モードを実施する機能。
【0031】
・PM強制再生モード時は、燃焼式バーナ22の作動により、排気ガスの温度を堆積PMの酸化に適した温度(例えば600℃〜650℃位)まで上昇させる機能。
【0032】
などが設定されている。なお、この場合は、PMを有効に酸化させる点から、アイドリングはリーンで運転する設定にしてある。
【0033】
各モードの詳細な制御内容が図3〜図5のフローチャートに示されている。図3〜図5の各フローチャートにしたがって排気浄化装置の浄化作用を説明すると、今、ECU24の制御により、吸気絞り弁11が開、EGR弁13aが閉で、ディーゼルエンジンが、運転状態に応じた要求トルクが発生するよう、所定の噴射タイミング、燃料噴射量で運転されているとする。
【0034】
すると、ディーゼルエンジンから排出された排気ガスは、排気マニホールド9、ターボ過給機7のタービン部7b、ケーシング16の流入口16a、CO生成触媒19を通じて、NOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタ18へ導入される。
【0035】
ここで、ディーゼルエンジンの主燃焼は、常に酸素(空気)が過剰な状態で運転されるために、排気ガスのA/Fはリーンになっている(酸化雰囲気)。
【0036】
そのため、排気浄化装置は、通常運転モードで作動する。すなわち、排気ガスがNOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタ18の入口から出口へ通過する間に、排気ガス中に含まれるPMが、各貫通孔をなす隔壁で捕集(ろ過)される。
と共に排気ガス中に含まれるNOxがNOx吸蔵触媒に吸蔵される。この吸蔵は、NOx吸蔵触媒の表面に酸素が付着し、この酸素が排気ガス中のNOと反応してNO2となり、最終的に硝酸イオンの形でNOx吸収剤に拡散されることで行われる。
【0037】
排気ガス中のNOxの除去が進み、ECU24は、車両の走行時間や走行距離やNOxセンサ21の検出信号などから、NOxがある程度の吸蔵量、堆積量に達したと判定すると、図3中のステップS1に示されるようにNOx放出還元を行うことを示すフラグをオンして、図3に示すNOx放出還元モードを実行する。
【0038】
このNOx放出還元モードは、排気ガスを、反応に必要な触媒の活性温度と還元反応に必要な還元剤量とが確保される還元雰囲気にすることで行われる。
【0039】
すなわち、図3中のステップS2〜S4に示されるように触媒に無用な負担が加わらないよう、まず、例えばエンジン回転数定格点に対し比率で60%未満、エンジントルク全負荷に対し比率で90%未満といったディーゼルエンジンの運転領域のとき、燃焼式のバーナ22を着火させて、該バーナ22をλ=1、A/F=14.6(理想混合比)でかつ全負荷で運転させる。すると、バーナ22の高温な排気ガスが排気管10内へ送り込まれ、ディーゼルエンジンの排気ガスと混ざり合い(混合排気)、排気ガスの温度をCO生成触媒19やNOx吸蔵触媒の活性温度に達するまで上昇させる。活性温度が確保されたら、ステップS5〜S8に示されるように排気ガスをリッチ側、例えば理想空燃比未満(A/F<14.6)に変える制御を行う。これは、現在の要求トルクにしたがって運転しているエンジンの排気ガスをリッチにするのに必要な軽油のアシスト量(HC量)を求め(例えばエンジン排気流量、バーナ流量、CO発生触媒の効率などによる)、この演算値にしたがい軽油添加インジェクタ23を作動させて、排気通路内、ここでは燃焼式バーナ22の上流側の排気管部分内へ軽油を噴霧させる。この軽油の噴霧により、排気ガスはλ<1となりHC濃度が増加する。このリッチの排気ガスがCO生成触媒19に導入される。そして、CO触媒19を通過する間に、排気ガス中のHCがNOxと還元反応しやすいCOに転換され、このCOがNOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタ18へ導入される。
【0040】
酸素濃度が低下するので、NOx吸蔵触媒に吸蔵されていたNO2(NOx)が放出される。このNO2が排気ガス中のCOと反応して、N2とCO2に還元され、排気ガス中のNOxを浄化する(NOx吸蔵触媒の再生)。また反応熱によりフィルタ部分18aを予熱する。またNOx吸蔵触媒から放出されたNO2は、該フィルタ部分18aで捕集されたカーボンを主な成分とするPMと酸化反応して、予熱されているPMを着火温度まで上昇させ、該PMを燃焼(酸化反応)させる。
【0041】
これにより、NOx吸蔵触媒、フィルタ部分18aの再生が行われる。再生時間が所定時間、例えば4sを経過すると、燃焼式バーナ22の作動が停止、軽油添加インジェクタ23の作動が停止し、さらにNOx放出還元のフラグをオフして、再生を終え,通常運転モードに復帰する。
【0042】
一方、車両の走行時間や走行距離などにより、NOx吸蔵触媒のS被毒に対する再生が必要と判定されると、図4中のステップS13に示されるようにS被毒の再生を行うことを示すフラグをオンして、図4に示すS被毒再生モードを実行する。
【0043】
このS被毒再生モードは、先のNOx放出還元モードと同様、再生に必要な触媒の温度と還元反応の必要な還元剤量とを確保して、NOx吸蔵触媒からS被毒を放出させ、Sを排気ガス中のCOとの還元させることで行われる。但し、この図4に示すS被毒再生モードのフローチャートは、NOx放出還元モードとは、排気ガスの温度を600℃位まで上昇させる点(ステップS22)、再生時間を10sとする点(ステップS28)、S被毒再生を終了させるフラグをオフさせる点(ステップS30)が異なるだけである。このため、図4のフローチャートにおいて図3と同じ部分には同一の符号を附してその説明を省略した。
【0044】
なお、ECU24が、圧力センサ20cで検出されたフィルタ部分18aの前後の差圧から、連続再生が進まないと判定、すなわちパティキュレートフィルタ部分へ堆積するPM堆積が再生速度より速く、過度にPMが堆積したと判定すると、図5に示されるPM強制再生モードを実行する。すなわち、ECU24は、圧力センサ20の検出値にしたがい、ステップS39により、例えば警告灯25を点灯させ、強制再生スイッチ26の操作を促す。強制再生スイッチ26がオンされると、ステップS40〜S45に示されるようにエンジンがアイドリング状態(リーン)のとき、燃焼式バーナ22を作動して、PMの酸化(燃焼)に適した温度(例えば600℃位)までエンジンの排気ガスの温度を上昇させ、フィルタ部分18aに堆積しているPMを強制的に燃焼させる。これにより、過度に堆積したPMの再生が行われる。そして、ステップS46〜ステップS50に示されるように所定の再生時間(例えば10S)が経過すると、燃焼式バーナ22の作動を停止、PM強制再生フラグをオフさせて、通常運転モードに復帰する。
【0045】
このようにNOx吸蔵触媒の再生やフィルタ部分18aの再生は、いずれもディーゼルエンジンの主燃焼とは独立した系統の制御、すなわち燃焼式バーナ22による触媒活性温度の制御、軽油添加インジェクタ23によるHC添加量の制御で十分に行うことができる。
【0046】
したがって、ディーゼルエンジンの主燃焼を変更せずに、NOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタ18の再生を行うことができ、トルクショックやスモークの発生をきたすことなく、良好な再生が実現できる。特にNOx吸蔵触媒のNOxの還元には、HCでなく、NOxと反応しやすいCOを用いて還元させる構造を用いたので、再生効率はよい。
【0047】
なお、本発明は上述した一実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば一実施形態では、軽油添加インジェクタで燃焼式バーナ近くの排気管部分内に軽油を添加する例を挙げたが、これに限らず、図1中の二点鎖線で示されるように排気ポート4a〜4dのうちの一つ、例えば排気ポート4dへ軽油を噴射するよう軽油添加インジェクタ23を設置したり、排気マニホールド9内へ軽油を噴射するよう軽油添加インジェクタ23を設置してもよい。むろん、HC添加手段は軽油でなく、他のHCを噴射する手段でも構わない。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ディーゼルエンジンの主燃焼とは独立した系統、すなわちバーナによる排気ガスの温度上昇の制御、HC添加手段によるHC添加量の制御だけで、NOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタの再生を行うことができる。
【0049】
したがって、再生はエンジンの主燃焼は変更せずにすみ、トルクショックの発生やスモークの発生のおそれがなく、良好にNOx吸蔵触媒付フィルタの再生ができる。特にNOxの還元には、HCではなく、NOxと反応しやすいCOを用いて還元させているので、再生効率は良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を、その排気浄化装置を搭載したディーゼルエンジンの排気系と共に示す構成図。
【図2】同排気浄化装置における各再生モードの関係を示すブロック図。
【図3】NOx放出還元モードの制御内容を示すフローチャート。
【図4】S被毒再生モードの制御内容を示すフローチャート。
【図5】PM強制再生モードの制御内容を示すフローチャート。
【符号の説明】
1…エンジン本体(ディーゼルエンジン)
10…排気管(排気通路)
18…NOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタ
19…CO生成触媒
22…燃焼式バーナ(バーナ)
23…軽油添加インジェクタ(HC添加手段)
24…ECU(制御手段)。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a diesel engine exhaust purification device that purifies exhaust gas of a diesel engine using a particulate filter with a NOx storage catalyst.
[0002]
[Prior art]
Exhaust gas emitted from diesel engines installed in many trucks and buses contains particulates mainly composed of carbon particles (exhaust particulates: particulate matter; hereinafter, referred to as PM). I have. Further, since a diesel engine burns in a situation with a large amount of air, NOx is likely to be generated due to excess oxygen as in the case of lean burn combustion of a gasoline engine.
[0003]
Therefore, purifying the exhaust gas of a diesel engine requires both removal of PM and purification of NOx.
[0004]
Therefore, in a diesel engine, a particulate filter with a NOx storage catalyst carrying a NOx storage catalyst is provided in the exhaust passage, PM contained in the exhaust gas is removed by the particulate filter, and NOx contained in the exhaust gas is removed. The removal of oxygen by the storage function of a NOx storage catalyst is performed using an atmosphere in which oxygen is excessive.
[0005]
By the way, the particulate filter with a NOx storage catalyst must be regenerated to recover its function when the amount of stored NOx and the amount of deposited PM reach a predetermined amount. In this regeneration, the NOx released from the NOx storage catalyst is reduced by utilizing the characteristic of releasing the stored NOx in an atmosphere in which the oxygen concentration is reduced, which is a characteristic property of the NOx storage catalyst, that is, in a reducing atmosphere. It is purified by reacting (reducing) with HC and CO in the atmosphere. Then, by using the NO 2 and the heat generated during regeneration of the NOx storage catalyst, oxidizing the PM which is deposited in the particulate filter.
[0006]
Therefore, in order to regenerate the NOx storage catalyst, for example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-186531, the NOx storage catalyst is installed in the exhaust passage of the engine by using the combustion gas of a heating combustion heater mounted on a truck. There has been proposed a structure for regenerating a NOx storage catalyst. This uses a structure in which the exhaust gas of the heating combustion heater is guided to the inlet side of the NOx storage catalyst, and when the NOx storage catalyst is regenerated, the combustion heater controls the air-fuel ratio to the rich side to burn the fuel, This is a technique for supplying this combustion gas to the NOx storage catalyst.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to regenerate the NOx storage catalyst, it is required that the temperature of the NOx storage catalyst is raised to the activation temperature and that the atmosphere is such that HC and CO reduce the stored NOx.
[0008]
However, since the combustion heater is used for heating, in winter when heating is required, much of the heat of the combustion heater is consumed for heating the vehicle interior through the heat exchanger, so that the amount of heat of the combustion gas is small. Further, even in the summer time when heating is not required, it is difficult to sufficiently warm the NOx storage catalyst by using the combustion heat of the combustion heater because combustion heat is taken from the heat exchanger for heating.
[0009]
In addition, since the main combustion of the diesel engine is always operated with excess oxygen (air), HC and CO may not be used as NOx storage catalysts by changing the air-fuel ratio of the combustion heater to make the combustion rich. It is not possible to secure a reducing atmosphere that can be supplied sufficiently. Particularly, the main combustion hardly becomes rich even if the combustion gas is recirculated by the EGR.
[0010]
For this reason, it is difficult to regenerate the NOx storage catalyst with a structure using a combustion-type heater for heating. Therefore, in order to regenerate the NOx storage catalyst, it is necessary to forcibly change the main combustion of the diesel engine to the rich side. However, the change of the main combustion causes a large torque fluctuation and has a disadvantage of generating a shock. Moreover, smoke (black smoke) may be generated.
[0011]
Therefore, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine that can satisfactorily regenerate a particulate filter with a NOx storage catalyst without changing the main combustion of the engine.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a CO generation catalyst for converting HC in exhaust gas to CO is provided on the inflow side of the particulate filter with a NOx storage catalyst. A burner for increasing the temperature of the exhaust gas of the engine is provided on the side, and an HC adding means for adding HC to the exhaust gas is provided at a portion of the exhaust passage on the upstream side from the CO generation catalyst, and the burner and the HC adding means are provided. A control unit is provided for controlling the burner and the HC addition means to form a reducing environment in which the NOx stored in the NOx storage catalyst is reduced by CO from the CO generation catalyst when the regeneration process of the NOx storage catalyst is requested. Configuration.
[0013]
With this configuration, when the regeneration process of the particulate filter with the NOx storage catalyst is requested, the catalyst activation temperature required for regeneration is controlled by the operation of the burner, and the amount of HC added required for regeneration is controlled by the operation of the HC addition means. Controlled. That is, the control of the system independent of the main combustion of the diesel engine reduces the NOx stored in the NOx storage catalyst and oxidizes the particulates collected by the particulate filter.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on one embodiment shown in FIGS.
[0015]
In FIG. 1,
[0016]
An
[0017]
At the inlet of the
[0018]
At the rear of the
[0019]
The main body 15 will be described. For example, the main body 15 has a cylindrical casing 16 whose both ends are narrowed and whose center is formed to have a larger diameter than the
[0020]
In the casing 16, a particulate filter with a NOx storage catalyst (DPF carrying a NOx storage catalyst) 18 is accommodated. The particulate filter 18 has, for example, a filter portion 18a having a polygonal cross section partitioned by a porous partition wall through which exhaust gas can pass and particulates cannot pass through, and formed by the partition wall of the filter portion 18a. A structure is used in which adjacent inlets and outlets of a large number of through holes are alternately sealed with plugs. Thus, when the exhaust gas passes through the partition, particulates (hereinafter, referred to as PM) contained in the exhaust gas are collected. A NOx storage catalyst is carried on the wall surface of the filter portion 18a, and has a structure capable of removing NOx contained in exhaust gas.
[0021]
Further, in the casing 16, a CO generation catalyst 19 is accommodated at an upstream side of the particulate filter 18 with a NOx storage catalyst. The CO generation catalyst 19 is a catalyst having a function of converting HC contained in the exhaust gas into CO. When the particulate filter 18 with the NOx storage catalyst is regenerated, CO that easily reacts with NOx is generated by the CO generation catalyst 19 by utilizing the addition of HC (reducing agent) described later.
[0022]
A temperature sensor 20a for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst, an A / F sensor 20b for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst, are provided on the inflow side of the particulate filter 18 with a NOx storage catalyst. A
[0023]
On the other hand, a combustion type burner 22 (corresponding to the burner of the present application) is mounted near the upstream side of the CO generation catalyst 19, for example, in the exhaust pipe near the
The
[0024]
A light
[0025]
On the other hand, 24 is an ECU (for example, constituted by a microcomputer) as control means. The
A function of shifting from the normal operation mode in which NOx is stored and PM is collected to the NOx release / reduction mode or the S-poisoning regeneration mode in accordance with the travel time and travel distance of the vehicle, the detection signal of the NOx sensor 21, and the like.
[0026]
In the NOx release / reduction mode, the temperature of the exhaust gas is raised by the operation of the
[0027]
In the S-poisoning regeneration mode, the temperature of the exhaust gas is increased by the operation of the
[0028]
Is set. Note that both modes, from the viewpoint of forming an effective reducing environment, by operating the intake throttle valve 11 and EGR valve 13a, in a range that does not cause torque fluctuation and smoke emissions, reduced as much as possible O 2 in the exhaust gas It is desirable to make it.
[0029]
In addition, the
When the detection signal of the pressure sensor 20 detects that excessive PM has accumulated, a warning light 25 (warning means) connected to the
[0030]
A function of executing the PM forced regeneration mode when the vehicle is idling when the forced regeneration switch 26 is operated.
[0031]
A function of raising the temperature of the exhaust gas to a temperature suitable for oxidizing the deposited PM (for example, about 600 ° C. to 650 ° C.) by operating the
[0032]
Is set. In this case, in order to effectively oxidize PM, idling is set to operate lean.
[0033]
The detailed control contents of each mode are shown in the flowcharts of FIGS. The purifying action of the exhaust gas purifying apparatus will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 3 to 5. Now, under the control of the
[0034]
Then, the exhaust gas discharged from the diesel engine is introduced into the particulate filter 18 with the NOx storage catalyst through the
[0035]
Here, the main combustion of the diesel engine is always operated with excess oxygen (air), so that the A / F of the exhaust gas is lean (oxidizing atmosphere).
[0036]
Therefore, the exhaust emission control device operates in the normal operation mode. That is, while the exhaust gas passes from the inlet to the outlet of the particulate filter 18 with the NOx storage catalyst, PM contained in the exhaust gas is collected (filtered) by the partition walls forming the through holes.
At the same time, NOx contained in the exhaust gas is stored in the NOx storage catalyst. This storage is oxygen attached to the surface of the NOx storage catalyst, is conducted by the oxygen is diffused react to become NO 2 and NO in the exhaust gas, the final NOx absorbent in the form of nitrate ions .
[0037]
When the removal of NOx in the exhaust gas proceeds and the
[0038]
This NOx release / reduction mode is performed by setting the exhaust gas to a reducing atmosphere in which the activation temperature of the catalyst required for the reaction and the amount of the reducing agent required for the reduction reaction are secured.
[0039]
That is, as shown in steps S2 to S4 in FIG. 3, first, for example, a ratio of less than 60% to the rated engine speed and a ratio of 90% to the full load of the engine torque are set so that unnecessary load is not applied to the catalyst. %, The
[0040]
Since the oxygen concentration decreases, NO 2 (NOx) stored in the NOx storage catalyst is released. This NO 2 reacts with CO in the exhaust gas and is reduced to N 2 and CO 2 to purify NOx in the exhaust gas (regeneration of the NOx storage catalyst). The filter portion 18a is preheated by the reaction heat. Further, the NO 2 released from the NOx storage catalyst oxidizes with the PM mainly composed of carbon trapped by the filter portion 18a to oxidize and raise the preheated PM to the ignition temperature, thereby reducing the PM. Combustion (oxidation reaction).
[0041]
Thereby, regeneration of the NOx storage catalyst and the filter portion 18a is performed. When the regeneration time exceeds a predetermined time, for example, 4 s, the operation of the
[0042]
On the other hand, if it is determined that the NOx storage catalyst needs to be regenerated for S poisoning based on the traveling time or the traveling distance of the vehicle, the regeneration of S poisoning is performed as shown in step S13 in FIG. The flag is turned on, and the S poisoning regeneration mode shown in FIG. 4 is executed.
[0043]
This S poisoning regeneration mode secures the temperature of the catalyst required for regeneration and the amount of reducing agent required for the reduction reaction, and releases S poisoning from the NOx storage catalyst, as in the previous NOx release and reduction mode. This is performed by reducing S with CO in exhaust gas. However, the flowchart of the S-poisoning regeneration mode shown in FIG. 4 is different from the NOx emission reduction mode in that the temperature of the exhaust gas is raised to about 600 ° C. (step S22) and the regeneration time is set to 10 s (step S28). The only difference is that the flag for ending the S poisoning regeneration is turned off (step S30). For this reason, in the flowchart of FIG. 4, the same parts as those of FIG.
[0044]
Note that the
[0045]
As described above, the regeneration of the NOx storage catalyst and the regeneration of the filter portion 18a are both controlled by a system independent of the main combustion of the diesel engine, that is, by controlling the catalyst activation temperature by the
[0046]
Therefore, the particulate filter 18 with the NOx storage catalyst can be regenerated without changing the main combustion of the diesel engine, and good regeneration can be realized without generating torque shock or smoke. Particularly, in the NOx reduction of the NOx storage catalyst, since a structure in which CO is easily reacted with NOx instead of HC is used for the reduction, the regeneration efficiency is high.
[0047]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented with various modifications without departing from the gist of the present invention. For example, in one embodiment, the example in which light oil is added to the exhaust pipe portion near the combustion type burner by the light oil addition injector is described. However, the present invention is not limited to this, and the
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a system independent of the main combustion of the diesel engine, that is, the control of the temperature rise of the exhaust gas by the burner and the control of the amount of HC added by the HC adding means alone can be used. The regeneration of the curated filter can be performed.
[0049]
Therefore, the regeneration does not need to change the main combustion of the engine, there is no possibility of occurrence of torque shock or generation of smoke, and the filter with the NOx storage catalyst can be favorably regenerated. In particular, in the reduction of NOx, since the reduction is performed using CO, which is liable to react with NOx, instead of HC, the regeneration efficiency is high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an exhaust gas purification device according to an embodiment of the present invention, together with an exhaust system of a diesel engine equipped with the exhaust gas purification device.
FIG. 2 is a block diagram showing a relationship between respective regeneration modes in the exhaust gas purification device.
FIG. 3 is a flowchart showing control contents of a NOx release / reduction mode.
FIG. 4 is a flowchart showing control contents of an S poisoning regeneration mode.
FIG. 5 is a flowchart showing control contents in a PM forced regeneration mode.
[Explanation of symbols]
1. Engine body (diesel engine)
10. Exhaust pipe (exhaust passage)
18 ... Particulate filter with NOx storage catalyst 19 ...
23… light oil addition injector (HC addition means)
24 ... ECU (control means)
Claims (1)
前記NOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタの流入側に設けられ、流入する排気ガス中のHCをCOに転換させるためのCO生成触媒と、
前記CO生成触媒の流入側に設けられ、流入する排気ガスの温度を上昇させるバーナと、
前記CO生成触媒から上流の排気通路に設けられ、排気ガス中にHCを添加するHC添加手段と、
前記NOx吸蔵触媒付パティキュレートフィルタの再生処理の要求時、前記CO生成触媒からのCOで前記NOx吸蔵触媒に吸蔵されたNOxを還元反応させる還元環境を形成するように前記バーナ、前記HC添加手段を制御する制御手段と
を有するディーゼルエンジンの排気浄化装置。A particulate filter provided with a NOx storage catalyst provided in an exhaust passage of a diesel engine, carrying a NOx storage catalyst, and removing NOx in the inflowing exhaust gas and collecting particulates;
A CO generation catalyst provided on the inflow side of the particulate filter with a NOx storage catalyst for converting HC in the inflowing exhaust gas into CO;
A burner that is provided on the inflow side of the CO generation catalyst and increases the temperature of the inflowing exhaust gas;
HC addition means provided in an exhaust passage upstream of the CO generation catalyst and adding HC to exhaust gas;
When the regeneration process of the particulate filter with the NOx storage catalyst is requested, the burner and the HC adding means are configured to form a reducing environment in which the NOx stored in the NOx storage catalyst is reduced by CO from the CO generation catalyst. And a control means for controlling exhaust gas.
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- 2002-08-30 JP JP2002253849A patent/JP2004092497A/en not_active Withdrawn
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