JP2007205267A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust emission control device.
一般に、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート(Particulate Matter:粒子状物質)は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るSOF分(Soluble Organic Fraction:可溶性有機成分)とを主成分とし、更に微量のサルフェート(ミスト状硫酸成分)を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、ディーゼルエンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが行われている。 In general, particulate matter (particulate matter) emitted from diesel engines is mainly composed of soot made of carbonaceous matter and SOF (Soluble Organic Fraction) consisting of high-boiling hydrocarbon components. In addition, it has a composition containing a trace amount of sulfate (misty sulfuric acid component). As a measure for reducing this type of particulates, the particulates are placed in the middle of the exhaust pipe through which the exhaust gas from the diesel engine flows. Equipped with a filter.
又、ディーゼルエンジンにおいては、前記排気管の途中に装備した排気浄化用触媒としてのNOx低減触媒により排気浄化を図ることが行われており、この種のNOx低減触媒としては、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、或いは、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のNOxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、排気ガス中のO2濃度が低下した時に未燃HCやCO等の介在によりNOxを分解放出して還元浄化する性質を備えたNOx吸蔵還元触媒等が知られている。 Further, in a diesel engine, exhaust purification is performed by a NOx reduction catalyst as an exhaust purification catalyst installed in the middle of the exhaust pipe, and this type of NOx reduction catalyst is selected even in the presence of oxygen. Selective reduction type catalyst having the property of reacting NOx with a reducing agent, or when exhaust air-fuel ratio is lean, NOx in exhaust gas is oxidized and temporarily stored in the form of nitrate, A NOx occlusion reduction catalyst or the like having the property of decomposing and releasing NOx through the intervention of unburned HC, CO or the like to reduce and purify when the O 2 concentration decreases is known.
図2は従来における排気浄化装置の一例を示す概略図であって、ディーゼルエンジン1からの排気ガス2が流通する排気管3の途中に、前段酸化触媒4と、パティキュレートフィルタ5と、NOx低減触媒としての選択還元型触媒6とを上流側から順次配設すると共に、前記選択還元型触媒6の入側へ尿素水等の還元剤を添加する還元剤添加装置7を装備したものである。
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a conventional exhaust purification device. In the middle of an
前記還元剤添加装置7は、還元剤としての尿素水8が貯留された尿素水タンク9を備え、該尿素水タンク9から延びる尿素水供給ライン10の途中に、尿素水タンク9の尿素水8を圧送する供給ポンプ11と、該供給ポンプ11によって圧送される尿素水8を噴射ノズル12から噴射させるインジェクタ13とを設けてなる構成を有している。
The reducing
前記還元剤添加装置7の供給ポンプ11とインジェクタ13とに対しては、制御装置14から駆動指令信号11aと開弁指令信号13aとが出力されるようになっており、該制御装置14から出力される駆動指令信号11aと開弁指令信号13aとに基づく、前記供給ポンプ11の駆動とインジェクタ13の開弁作動とにより、尿素水8の添加量が適切に制御されるようになっている。
A
尚、前記制御装置14においては、図示していないエンジン制御コンピュータ(ECU:Electronic Control Unit)との間でディーゼルエンジン1の回転数及び負荷が遣り取りされ、これらから判断される現在の運転状態に基づきNOxの発生量が推定され、その推定されたNOxの発生量に見合う尿素水8の添加量が算出されて必要量の尿素水8の添加が実行されるようになっている。
In the
尚、図2中、15はディーゼルエンジン1の吸気管であって、該吸気管15途中には、前記排気管3途中に設けられたタービン16によって駆動されるコンプレッサ17が設けられ、該タービン16とコンプレッサ17とからターボチャージャ18が構成されると共に、前記コンプレッサ17より下流側における吸気管15途中には、インタクーラ19が設けられている。
In FIG. 2,
図2に示される排気浄化装置の場合、運転時にディーゼルエンジン1から排出される排気ガス2は、前段酸化触媒4を通過した後、パティキュレートフィルタ5においてパティキュレートが捕集され、該パティキュレートフィルタ5においてパティキュレートが捕集された排気ガス2は、選択還元型触媒6へ導かれるが、このとき、制御装置14からの駆動指令信号11aと開弁指令信号13aとによって供給ポンプ11とインジェクタ13とを作動させることにより、必要量の尿素水8を噴射ノズル12から前記排気ガス2中へ噴射させると、該噴射された尿素水8が排気ガス2中で
(NH2)2・CO+H2O→2NH3+CO2
で示される化学反応式によりアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、これにより生じたアンモニアが選択還元型触媒6上で排気ガス2中のNOxと反応し、該排気ガス2中のNOxが還元浄化されることになる。
In the case of the exhaust gas purification apparatus shown in FIG. 2, the
Is decomposed into ammonia and carbon dioxide by the chemical reaction formula shown below, and the resulting ammonia reacts with NOx in the
一方、前記パティキュレートフィルタ5の再生時には、例えば、通常の圧縮行程後期の噴射に加え排気行程での燃料噴射を行って、該燃料を前段酸化触媒4で燃焼させることにより排気温度を上昇させ、これにより、パティキュレートフィルタ5に捕集されたパティキュレートの酸化反応を促進して燃焼除去することが行われる。
On the other hand, when the
図3は従来における排気浄化装置の他の例を示す概略図であって、図中、図2と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、パティキュレートフィルタ5を選択還元型触媒6より下流側に配置したものであり、排気ガス2中のNOxが還元浄化された後にパティキュレートの捕集が行われる点を除いて、基本的な作用については、図2に示される排気浄化装置の場合と同様である。
FIG. 3 is a schematic view showing another example of a conventional exhaust gas purification apparatus. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same parts, and the
尚、図2、図3の排気浄化装置と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献1がある。
ところで、図2に示されるような排気浄化装置の場合、排気ガス2の熱がNOx低減触媒としての選択還元型触媒6より上流側に配置されたパティキュレートフィルタ5に奪われやすくなると共に、排気ガス2が選択還元型触媒6に到達するまでに長い管路を通過することに伴って放熱が大きくなり、選択還元型触媒6での温度が低くなるため、NOx低減率を充分に上げることができなくなるという欠点を有していた。
By the way, in the case of the exhaust gas purification apparatus as shown in FIG. 2, the heat of the
又、図3に示されるような排気浄化装置の場合、パティキュレートフィルタ5の再生を行うときに、該パティキュレートフィルタ5より上流側に配置された選択還元型触媒6によって熱が奪われるため、再生に時間がかかり、燃費の悪化につながる一方、選択還元型触媒6を通過する排気温度がかなり高温となることから選択還元型触媒6が熱劣化するという不具合があった。
Further, in the case of an exhaust purification device as shown in FIG. 3, when the
本発明は、斯かる実情に鑑み、NOx低減触媒での温度低下を抑えてNOx低減率の向上を図ることができ、且つパティキュレートフィルタの再生時における燃費悪化の抑制並びにNOx低減触媒の熱劣化防止を図り得る排気浄化装置を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention can improve the NOx reduction rate by suppressing the temperature drop in the NOx reduction catalyst, suppress the deterioration of fuel consumption during regeneration of the particulate filter, and thermally deteriorate the NOx reduction catalyst. It is an object of the present invention to provide an exhaust purification device that can be prevented.
本発明は、エンジンから排出される排気ガスが流通する排気管の途中に設けられたNOx低減触媒と、
該NOx低減触媒より下流側における排気管の途中に設けられたパティキュレートフィルタと、
前記エンジンから排出される排気ガスを前記NOx低減触媒、パティキュレートフィルタの順に通過させる通常運転位置と、前記エンジンから排出される排気ガスを前記NOx低減触媒を通過させずに直接パティキュレートフィルタへ導くフィルタ再生位置とに切り換え可能な切換バルブと、
通常運転時には前記切換バルブを通常運転位置に切り換え、パティキュレートフィルタの再生時には前記切換バルブをフィルタ再生位置に切り換える制御装置と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置にかかるものである。
The present invention is a NOx reduction catalyst provided in the middle of an exhaust pipe through which exhaust gas discharged from an engine flows,
A particulate filter provided in the middle of the exhaust pipe downstream from the NOx reduction catalyst;
A normal operation position where exhaust gas discharged from the engine passes through the NOx reduction catalyst and the particulate filter in this order, and exhaust gas discharged from the engine is directly guided to the particulate filter without passing through the NOx reduction catalyst. A switching valve that can be switched to a filter regeneration position;
And a control device that switches the switching valve to the normal operating position during normal operation and switches the switching valve to the filter regeneration position when regenerating the particulate filter.
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。 According to the above means, the following operation can be obtained.
通常運転時には、制御装置により切換バルブが通常運転位置に切り換えられており、エンジンから排出される排気ガスは、NOx低減触媒、パティキュレートフィルタの順に通過するため、排気ガスの熱がパティキュレートフィルタに奪われることがなくなると共に、排気ガスがNOx低減触媒に到達するまでに長い管路を通過せず放熱が小さく、NOx低減触媒での温度が高くなるため、NOx低減率を充分に上げることが可能となる。 During normal operation, the switching valve is switched to the normal operation position by the control device, and the exhaust gas exhausted from the engine passes through the NOx reduction catalyst and the particulate filter in this order, so the heat of the exhaust gas passes through the particulate filter. The exhaust gas does not pass through the long pipeline until it reaches the NOx reduction catalyst, and the heat release is small and the temperature at the NOx reduction catalyst becomes high, so the NOx reduction rate can be increased sufficiently. It becomes.
又、パティキュレートフィルタの再生時には、制御装置により切換バルブがフィルタ再生位置に切り換えられ、エンジンから排出される排気ガスは前記NOx低減触媒を通過せずに直接パティキュレートフィルタへ導かれるため、該パティキュレートフィルタより上流側に配置されたNOx低減触媒によって熱が奪われることがなくなり、再生が迅速に行われ、燃費の悪化が避けられると共に、高温の排気ガスがNOx低減触媒を通過しないことからNOx低減触媒が熱劣化する心配もない。 In addition, when the particulate filter is regenerated, the control valve switches the switching valve to the filter regeneration position, and exhaust gas discharged from the engine is directly guided to the particulate filter without passing through the NOx reduction catalyst. Heat is not taken away by the NOx reduction catalyst arranged upstream of the curate filter, regeneration is performed quickly, deterioration of fuel consumption is avoided, and high-temperature exhaust gas does not pass through the NOx reduction catalyst. There is no concern that the reduced catalyst will be thermally degraded.
前記排気浄化装置においては、切換バルブより上流側における排気管の途中に、酸化触媒を配設することができる。 In the exhaust emission control device, an oxidation catalyst can be disposed in the middle of the exhaust pipe upstream of the switching valve.
本発明の排気浄化装置によれば、NOx低減触媒での温度低下を抑えてNOx低減率の向上を図ることができ、且つパティキュレートフィルタの再生時における燃費悪化の抑制並びにNOx低減触媒の熱劣化防止を図り得るという優れた効果を奏し得る。 According to the exhaust purification apparatus of the present invention, it is possible to improve the NOx reduction rate by suppressing the temperature drop in the NOx reduction catalyst, and to suppress the deterioration of fuel consumption during regeneration of the particulate filter and the thermal deterioration of the NOx reduction catalyst. An excellent effect that the prevention can be achieved can be achieved.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1(a),(b)は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図2及び図3と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図2及び図3に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図1(a),(b)に示す如く、ディーゼルエンジン1から排出される排気ガス2が流通する排気管3の前段酸化触媒4より下流側に、NOx低減触媒としての選択還元型触媒6とパティキュレートフィルタ5とを設け、前記選択還元型触媒6の入側における排気管3に対して、該選択還元型触媒6の出側(パティキュレートフィルタ5の入側)における排気管3を近づけるように湾曲させ、該湾曲させて近づけた排気管3の部分に、ディーゼルエンジン1から排出される排気ガス2を選択還元型触媒6、パティキュレートフィルタ5の順に通過させる通常運転位置Aと、前記ディーゼルエンジン1から排出される排気ガス2を前記選択還元型触媒6を通過させずに直接パティキュレートフィルタ5へ導くフィルタ再生位置Bとに切り換え可能な切換バルブ20を配設し、通常運転時には前記切換バルブ20を通常運転位置Aに切り換え、パティキュレートフィルタ5の再生時には前記切換バルブ20をフィルタ再生位置Bに切り換えるための制御信号20aを制御装置14から出力するよう構成した点にある。
1 (a) and 1 (b) are examples of embodiments for carrying out the present invention. In the figure, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIGS. Is the same as the conventional one shown in FIGS. 2 and 3, but the feature of the illustrated example is that the
尚、本図示例の場合、パティキュレートフィルタ5の入側に前段酸化触媒4とは別に酸化触媒21を設けるようにしてある。
In the illustrated example, an
次に、上記図示例の作用を説明する。 Next, the operation of the illustrated example will be described.
通常運転時には、図1(a)に示す如く、制御装置14から出力される制御信号20aにより、切換バルブ20が通常運転位置Aに切り換えられており、ディーゼルエンジン1から排出される排気ガス2は、選択還元型触媒6、パティキュレートフィルタ5の順に通過するため、排気ガス2の熱がパティキュレートフィルタ5に奪われることがなくなると共に、排気ガス2が選択還元型触媒6に到達するまでに長い管路を通過せず放熱が小さく、選択還元型触媒6での温度が高くなるため、NOx低減率を充分に上げることが可能となる。
During normal operation, as shown in FIG. 1A, the switching
又、パティキュレートフィルタ5の再生時には、図1(b)に示す如く、制御装置14から出力される制御信号20aにより、切換バルブ20がフィルタ再生位置Bに切り換えられ、ディーゼルエンジン1から排出される排気ガス2は前記選択還元型触媒6を通過せずに酸化触媒21を介して直接パティキュレートフィルタ5へ導かれるため、該パティキュレートフィルタ5より上流側に配置された選択還元型触媒6によって熱が奪われることがなくなり、再生が迅速に行われ、燃費の悪化が避けられると共に、高温の排気ガス2が選択還元型触媒6を通過しないことから選択還元型触媒6が熱劣化する心配もない。
When the
こうして、NOx低減触媒としての選択還元型触媒6での温度低下を抑えてNOx低減率の向上を図ることができ、且つパティキュレートフィルタ5の再生時における燃費悪化の抑制並びにNOx低減触媒としての選択還元型触媒6の熱劣化防止を図り得る。
Thus, the temperature reduction in the
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、NOx低減触媒として選択還元型触媒の代わりにNOx吸蔵還元触媒を用いたものにも適用可能なこと等、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。 The exhaust emission control device of the present invention is not limited to the above illustrated example, and can be applied to a NOx reduction catalyst using a NOx occlusion reduction catalyst instead of a selective reduction catalyst, etc. In addition, it goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the present invention.
1 ディーゼルエンジン(エンジン)
2 排気ガス
3 排気管
4 前段酸化触媒(酸化触媒)
5 パティキュレートフィルタ
6 選択還元型触媒(NOx低減触媒)
14 制御装置
20 切換バルブ
20a 制御信号
A 通常運転位置
B フィルタ再生位置
1 Diesel engine (engine)
2
5
14
Claims (2)
該NOx低減触媒より下流側における排気管の途中に設けられたパティキュレートフィルタと、
前記エンジンから排出される排気ガスを前記NOx低減触媒、パティキュレートフィルタの順に通過させる通常運転位置と、前記エンジンから排出される排気ガスを前記NOx低減触媒を通過させずに直接パティキュレートフィルタへ導くフィルタ再生位置とに切り換え可能な切換バルブと、
通常運転時には前記切換バルブを通常運転位置に切り換え、パティキュレートフィルタの再生時には前記切換バルブをフィルタ再生位置に切り換える制御装置と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。 A NOx reduction catalyst provided in the middle of an exhaust pipe through which exhaust gas discharged from the engine flows;
A particulate filter provided in the middle of the exhaust pipe downstream from the NOx reduction catalyst;
A normal operation position where exhaust gas discharged from the engine passes through the NOx reduction catalyst and the particulate filter in this order, and exhaust gas discharged from the engine is directly guided to the particulate filter without passing through the NOx reduction catalyst. A switching valve that can be switched to a filter regeneration position;
An exhaust emission control device comprising: a control device that switches the switching valve to a normal operation position during normal operation and switches the switching valve to a filter regeneration position during regeneration of the particulate filter.
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