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JP2004308549A - Emission control device for internal combustion engine - Google Patents

Emission control device for internal combustion engine Download PDF

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JP2004308549A
JP2004308549A JP2003102897A JP2003102897A JP2004308549A JP 2004308549 A JP2004308549 A JP 2004308549A JP 2003102897 A JP2003102897 A JP 2003102897A JP 2003102897 A JP2003102897 A JP 2003102897A JP 2004308549 A JP2004308549 A JP 2004308549A
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JP
Japan
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exhaust gas
fuel
pressurized
nox
passage
Prior art date
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Application number
JP2003102897A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinya Hirota
信也 広田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an emission control device promoting atomization or vaporization of an added fuel, while suppressing influence of exhaust gas on an air-fuel ratio. <P>SOLUTION: The emission control device 20 for an internal combustion engine, comprises: an exhaust gas emission control means 12 disposed in an exhaust gas passage 6; a fuel addition means 24 adding the fuel to the exhaust gas passage 6 at an upstream side of the exhaust gas emission control means 12 and pressurized exhaust gas supply means 15, 16, 18, 21, 22, 24 for taking out a part of the exhaust gas from the exhaust gas passage 6 and pressurizing the exhaust gas to generate pressurized exhaust gas, and for supplying the pressurized exhaust gas to an upstream side of the exhaust gas emission control means 12 of the exhaust gas passage 6, together with the fuel added by the fuel addition means 24. Since an amount of oxygen in the exhaust gas is lesser than that in the air, the atomization of the added fuel can be promoted, while suppressing the influence of the exhaust gas flowing through the exhaust gas emission control means 12 on the air-fuel ratio. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、自動車等に搭載される筒内噴射型の内燃機関、例えばディーゼルエンジンでは、排気ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)を除去することが要求されている。そしてこのような要求に対し、NOx吸蔵剤を内燃機関の排気ガス通路に配置する方式の排気浄化装置が提案されている。
【0003】
このような排気浄化装置に用いられるNOx吸蔵剤は、排気ガスの空燃比がリーンの時にはNOxを吸蔵し、排気ガス中の空燃比が小さくなり、且つ排気ガス中にHCやCO等の還元剤が存在していれば吸蔵したNOxを離脱させ還元浄化する作用(NOxの吸蔵離脱及び還元浄化作用)を有する。そしてこの作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のNOxをNOx吸蔵剤に吸蔵させ、一定期間使用してNOx吸蔵剤の吸蔵効率が低下した時または低下する前に、NOx吸蔵剤に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにする制御(以下、この制御をリッチスパイク制御という)を行って、NOx吸蔵剤に吸蔵したNOxを離脱させ還元浄化するようにしている。
【0004】
なお、本明細書において「吸蔵」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。したがって、「NOx吸蔵剤」は、「NOx吸収剤」と「NOx吸着剤」の両方を含み、前者はNOxを硝酸塩等の形で蓄積し、後者はNO等の形で吸着する。また、NOx吸蔵剤からの「離脱」という語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
【0005】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄(S)成分が含まれている場合があり、この場合には排気ガス中に硫黄酸化物(SOx)が含まれることとなる。排気ガス中にSOxが存在するとNOx吸蔵剤はNOxの吸蔵作用を行うのと全く同じメカニズムで排気ガス中のSOxの吸蔵を行う。
【0006】
ところが、NOx吸蔵剤に吸蔵されたSOxは比較的安定であり、一般にNOx吸蔵剤に蓄積されやすい傾向がある。NOx吸蔵剤のSOx蓄積量が増大すると、NOx吸蔵剤のNOx吸蔵容量が減少して排気ガス中のNOxの除去を十分に行うことができなくなるため、NOxの浄化効率が低下するいわゆる硫黄被毒(S被毒)の問題が生じる。特に、燃料として比較的硫黄成分を多く含む軽油を使用するディーゼルエンジンにおいてはこの硫黄被毒の問題が生じやすい。
【0007】
一方、NOx吸蔵剤に吸蔵されたSOxについても、NOxと同じメカニズムで離脱させることが可能であることが知られている。従って、この場合にも上述したリッチスパイク制御が実施される。但し、SOxは比較的安定した形でNOx吸蔵剤に吸蔵されるため、通常のNOxの離脱及び還元浄化が行われる温度(例えば250℃程度以上)でリッチスパイク制御を行ってもNOx吸蔵剤に吸蔵されたSOxを放出等させることは困難である。このため、硫黄被毒を解消する(すなわち、硫黄被毒再生する)ためには、NOx吸蔵剤を通常のNOxの離脱及び還元浄化時よりも高い温度、すなわち硫黄分放出温度(例えば600℃以上)に昇温してリッチスパイク制御が実施される。
【0008】
以上のように、上記のようなNOx吸蔵剤を利用した排気浄化装置においては、そのNOx吸蔵剤を浄化(NOxの放出還元、硫黄被毒再生等)するための制御においてリッチスパイク制御もしくはNOx吸蔵剤を昇温してのリッチスパイク制御(以下、これらをまとめて単に「リッチスパイク制御」という)を実施する場合がある。そして、このリッチスパイク制御を行う方法として、NOx吸蔵剤の上流側において排気ガス通路内に燃料(軽油)を添加する方法が公知である。
【0009】
しかしながら、この方法は添加される燃料である軽油が霧化及び気化され難く、NOx吸蔵剤のうちの上流側部分に多く付着してしまうという問題がある。すなわち、燃料(軽油)がNOx吸蔵剤全体に供給されず、その結果、浄化(NOxの放出還元、硫黄被毒再生等)が不充分になってしまう場合がある。またその一方、燃料をNOx吸蔵剤の下流側部分まで供給しようとすると、燃料の添加量が増えて燃費が悪化する上、添加された燃料が外部へ排出されて白煙を生じてしまう場合がある。
【0010】
このような問題に対して、特許文献1には、過給空気の一部を利用して燃料(軽油)を噴霧することにより、燃料の霧化を促進する方法が開示されている。また、エアコンプレッサを備えていて同コンプレッサにより供給される圧縮空気を利用して燃料を噴霧し、燃料の霧化を促進する方法も公知である。
【0011】
【特許文献1】
特開平8−200047号公報
【特許文献2】
特開2002−70600号公報
【特許文献3】
特開平6−28218号公報
【特許文献4】
特開平6−93842号公報
【特許文献5】
特開2000−110552号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらの空気を用いた霧化促進方法においては、霧化促進効果は得られるものの、燃料と共に供給される空気により排気ガスの空燃比が大きな影響を受け、排気ガスの空燃比をリッチ化する(リッチスパイク制御を実施する)ことがより困難になる。これは、霧化促進のために燃料と共に供給される空気により排気ガス中の空気量が多くなるので、目標とするリッチ空燃比とするために必要な燃料の量が多くなるためである。したがって、空気を用いた霧化促進を行いながらリッチスパイク制御を実施すると、燃費が悪化してしまう。
【0013】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、NOx吸蔵剤等の排気ガス浄化手段の上流側において排気ガス通路内に燃料を添加することのある排気浄化装置において、排気ガスの空燃比への影響を抑えつつ添加燃料の霧化または気化を促進することが可能な排気浄化装置を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された排気浄化装置を提供する。
1番目の発明は、排気ガス通路に配置された排気ガス浄化手段と、該排気ガス浄化手段の上流側において上記排気ガス通路に燃料を添加する燃料添加手段と、上記排気ガス通路から排気ガスの一部を取り出して加圧し加圧排気ガスを生成すると共に、該加圧排気ガスを上記燃料添加手段により添加される燃料と共に上記排気ガス通路の上記排気ガス浄化手段の上流側に供給する加圧排気ガス供給手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【0015】
排気ガス浄化手段の上流側において排気ガス通路内に燃料を添加する場合、添加する燃料が霧化及び気化され難いと、添加燃料が排気ガス浄化手段の上流側部分に付着してしまって排気ガス浄化手段全体に供給されず、所期の目的を充分に果たせない場合がある。そしてこのような場合に、燃料の霧化促進のために空気を添加燃料と共に供給するようにすると、目標の排気ガス空燃比とするために必要な燃料量が増加し、燃費が悪化してしまう。
【0016】
これに対し、1番目の発明によれば、上記燃料添加手段により添加される燃料と共に加圧排気ガスが供給される。排気ガス中の酸素量は空気中のそれよりも少ないので、1番目の発明のようにすれば、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの空燃比への影響を抑えつつ添加燃料の霧化を促進することができる。また、供給される加圧排気ガスの温度が高ければ添加燃料の気化を促進する効果もある。そしてこれらにより、例えば燃費悪化を抑制しつつ添加燃料の霧化または気化を促進してリッチスパイク制御を実施することができる。この場合、霧化または気化の促進により燃料は排気ガス浄化手段全体もしくは排気ガス浄化手段のより広い範囲に供給されるようになるので、結果として燃費悪化を抑制しつつリッチスパイク制御の目的(例えば、排気ガス浄化手段の浄化(NOxの放出還元、硫黄被毒再生等)等を行うこと)を充分に果たすことが可能になる。
【0017】
2番目の発明では1番目の発明において、上記加圧排気ガス供給手段は、上記排気ガス通路に設けられた排気ガス取り出し口を介して排気ガスを吸引し加圧する排気ガス吸引加圧手段と、加圧された上記排気ガスを貯蔵する加圧排気ガス貯蔵手段と、該加圧排気ガス貯蔵手段に貯蔵された加圧排気ガスの上記排気ガス通路への供給方法を制御する加圧排気ガス供給方法制御手段と、を備える。
2番目の発明によれば、比較的簡単な構成により1番目の発明と同様の作用及び効果を得ることができる。特に加圧排気ガスを貯蔵していることにより、応答性良く加圧排気ガスを供給することが可能となる。
【0018】
3番目の発明では2番目の発明において、上記排気ガス取り出し口は、上記排気ガス浄化手段よりも下流側に設けられる。
3番目の発明によれば、上記排気ガス浄化手段により浄化された排気ガスの一部が再度上記排気ガス浄化手段の上流側に供給されることになるので、エミッションの向上を図ることができる。また、上記加圧排気ガス供給手段へ導入される排気ガスが上記排気ガス浄化手段によって浄化されたものとなるので、上記加圧排気ガス供給手段を構成する各構成要素における詰り等の発生を低減する効果もある。
【0019】
4番目の発明では2番目または3番目の発明において、上記燃料添加手段による燃料添加が間欠的な複数回の燃料の噴射によって行われる場合に、上記加圧排気ガスの供給が、最初の燃料の噴射が開始される時から最後の燃料の噴射が終了するまでの間継続されるように上記加圧排気ガス供給方法制御手段によって制御される。
4番目の発明によれば、簡単化された制御により、排気ガスの空燃比への影響を抑えつつ確実に添加燃料の霧化または気化を促進することができる。
【0020】
5番目の発明では2番目または3番目の発明において、上記加圧排気ガス供給方法制御手段が、上記加圧排気ガスの供給タイミングを制御し、該供給タイミングが上記燃料添加手段による燃料添加のための燃料噴射のタイミングと同期せしめられる。
5番目の発明によれば、上記加圧排気ガスを無駄なく使用して、排気ガスの空燃比への影響を抑えつつ添加燃料の霧化または気化を促進することができる。
【0021】
6番目の発明では1番目から5番目の何れかの発明において、更に上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を制御する流量制御手段を有していて、上記燃料添加手段によって上記排気ガス通路に燃料を添加する時には、上記流量制御手段によって上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が低減せしめられると共に、上記加圧排気ガスが上記燃料添加手段により添加される燃料と共に上記排気ガス通路の上記排気ガス浄化手段の上流側に供給される。
【0022】
上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を制御できる場合には、排気ガスの流量を低減して燃料添加を行うことにより、目標の排気ガス空燃比とするために必要な燃料量を低減することができるので燃費悪化を抑制することができる。しかしながら、この場合、排気ガスの流量が低下するので添加燃料の霧化を充分に行うことは一層困難になると考えられる。そしてその結果、添加燃料を排気ガス浄化手段全体に供給することも難しくなると考えられる。
【0023】
6番目の発明によれば、このような上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を低減して燃料添加を行う場合において、上記加圧排気ガスが、燃料と共に上記排気ガス通路の上記排気ガス浄化手段の上流側に供給される。このようにすることにより、加圧排気ガスが燃料の霧化または気化を促進し、燃料の分散性を改善することができる。そしてその結果、添加燃料を排気ガス浄化手段全体もしくは排気ガス浄化手段のより広い範囲に供給することが可能になる。
【0024】
7番目の発明では1番目から6番目の何れかの発明において、上記排気ガス浄化手段がNOx吸蔵剤を含み、該NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxまたはSOxを離脱させる時に、上記加圧排気ガスが上記燃料添加手段により添加される燃料と共に上記排気ガス通路の上記排気ガス浄化手段の上流側に供給される。
【0025】
7番目の発明によれば、燃費悪化を抑制しつつ添加燃料の霧化または気化を促進してリッチスパイク制御を実施することができる。そしてこの場合、霧化または気化の促進により燃料はNOx吸蔵剤を含む排気ガス浄化手段全体もしくは排気ガス浄化手段のより広い範囲に供給されるようになるので、結果として燃費悪化を抑制しつつNOx吸蔵剤のNOx放出還元または硫黄被毒再生を充分に行うことが可能になる。
【0026】
8番目の発明では1番目から7番目の何れかの発明において、上記加圧排気ガス供給手段が、上記排気ガス通路から取り出した排気ガスの酸素濃度を低減する酸素濃度低減手段を有している。
8番目の発明によれば、酸素濃度の低減された加圧排気ガスが生成されるので、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの空燃比への影響をより一層抑制しつつ添加燃料の霧化または気化を促進することができる。そしてこれにより、例えば、燃費悪化をより一層抑制しつつ添加燃料の霧化または気化を促進してリッチスパイク制御を実施することができる。
【0027】
9番目の発明では8番目の発明において、上記酸素濃度低減手段は、上記排気ガス通路から取り出した排気ガスが通る通路に配置された酸化触媒と、該酸化触媒の上流側において燃料を添加する前記燃料添加手段とは異なる燃料添加手段とを備える。
上記の前記燃料添加手段とは異なる燃料添加手段から燃料を添加し上記酸化触媒において反応させることによって上記排気ガス通路から取り出した排気ガス中の酸素を消費し、上記排気ガス通路から取り出した排気ガスの酸素濃度を低減することができる。すなわち、9番目の発明によれば、比較的簡単に上記酸素濃度低減手段を構成し、8番目の発明と同様の作用及び効果を得ることができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明はNOx吸蔵剤であるNOx吸収剤とNOx吸着剤のどちらを用いても実施可能であるが、以下ではNOx吸収剤を用いた場合について説明する。また、各図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照番号を付す。
【0029】
図1は本発明をディーゼルエンジンへ適用した場合を示している。なお、本発明はガソリンエンジン等その他のタイプの内燃機関へ適用することも可能である。
図1において、2は機関(エンジン)本体、4は吸気通路、6は排気ガス通路をそれぞれ示す。排気ガス通路6には本発明の排気浄化装置10が設けられるが、この部分に設置される排気浄化装置10については後に三つの異なる構成の排気浄化装置20、30、40を挙げて詳細に説明する。
【0030】
電子制御ユニット(ECU)8は、CPU(中央演算装置)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、ROM(リードオンリメモリ)、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、機関本体2と信号をやり取りして燃料噴射量制御等のエンジンの基本制御を行う他、以下で述べるように本発明の各実施形態においては、排気浄化装置の各構成要素とも信号のやり取りを行いその制御も行う。
【0031】
図2は、図1に示されている排気浄化装置10の部分に設置されて排気ガス通路6の一部を構成する、排気浄化装置20について示した図である。図2に示したように排気浄化装置20は、排気ガス通路6に配置されたフィルタ14を備え、同フィルタ14は排気ガス中の排気微粒子を除去する機能を有する。フィルタ14には後述するようにNOx吸収剤12が担持され、排気ガス浄化手段が構成される。
【0032】
NOx吸収剤12が担持されたフィルタ14の上流側には、NOx吸収剤12等の浄化制御等の際に燃料(軽油)を排気ガス通路6内に添加するためのノズル24が設けられている。ノズル24は、添加する燃料の霧化または気化を促進するために添加燃料と共に後述する加圧排気ガスを供給できるような構成となっている。ノズル24は、例えば公知の2流体ノズルあるいはエアーアシストノズルのような構成であってもよい。燃料の添加方法、すなわち添加燃料量や添加タイミング(噴射タイミング)等はノズル24の動作をECU8によって制御することで調整される。
【0033】
NOx吸収剤12が担持されたフィルタ14の下流側には排気ガス通路6から排気ガスの一部を取り出すための排気ガス取り出し口15が設けられており、同取り出し口15に接続されたポンプまたはコンプレッサ(以下、単に「ポンプ」という)16によって排気ガスが上記取り出し口15を介して吸引され加圧される。ポンプ16はECU8によって制御される。
【0034】
ポンプ16により吸引され加圧された排気ガスはタンク21へ送られ加圧排気ガスとして貯蔵される。図1の実施形態においてはポンプ16とタンク21との間の加圧排気ガス通路にタンク21からの逆流を防止するための逆止弁18が設けられている。
タンク21に貯蔵された加圧排気ガスは上述のノズル24へと送られ添加燃料と共に排気ガス通路6内へと供給されることとなるが、この場合の加圧排気ガスの供給方法、すなわち供給量や供給タイミング等は、タンク21とノズル24との間に設けられた制御弁22の動作をECU8によって制御することで調整される。なお、制御弁22に相当する制御手段をノズル24内に組み込み、ECU8によってノズル24を制御することによって燃料の添加方法と加圧排気ガスの供給方法の両方を制御するようにしてもよい。
【0035】
図3にフィルタ14の拡大断面図を示す。図3を参照すると、フィルタ14は多孔質セラミックから成り、排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。フィルタ14内には、上流側に栓34が施された第1通路38と下流側に栓42が施された第2通路44とが交互に配置されハニカム状をなしている。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第2通路44から多孔質セラミックの隔壁を通過して第1通路38に流入し、下流側に流れる。この時、排気ガス中の排気微粒子(パティキュレート)は多孔質セラミックによって捕集されて排気ガス中から除去され、排気微粒子の大気への放出が防止される。
【0036】
また、第1通路38および第2通路44の隔壁の表面及び内部の細孔内にはNOx吸収剤12が担持されている。NOx吸収剤12は、例えばカリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ptのような貴金属とから成る。NOx吸収剤12は流入排気ガスの空燃比がリーンの時にはNOxを吸収し、NOx吸収剤流入排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸収したNOxを放出して還元浄化する作用(NOxの吸収放出及び還元浄化作用)を有する。
【0037】
図1に示した構成ではディーゼルエンジンが使用されているため、通常状態の時の排気ガス空燃比はリーンであり、NOx吸収剤12は通常状態の時には排気ガス中のNOxの吸収を行う。そして、一定期間使用してNOx吸収剤12のNOx吸収効率が低下する等した場合には、NOx吸収剤12からNOxを放出し還元する必要が生じる。本排気浄化装置20においては、このようなNOx吸収剤12からのNOxの放出及び還元浄化が必要になった場合には、ノズル24からNOx吸収剤12(フィルタ14)の上流側の排気ガス通路6に燃料(軽油)を供給することでリッチスパイク制御を行い、NOx吸収剤12が吸収したNOxを放出すると共に放出したNOxを還元浄化するようにする。
【0038】
この吸収放出及び還元浄化作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もあるが、この吸収放出及び還元浄化作用は図4に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて白金PtおよびバリウムBaを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【0039】
すなわち、NOx吸収剤流入排気ガスの空燃比がかなりリーンになるとNOx吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図4(A)に示されるようにこれら酸素OがO またはO2−の形で白金Ptの表面に付着する。一方、NOx吸収剤流入排気ガス中のNOは白金Ptの表面上でO またはO2−と反応し、NOとなる(2NO+O→2NO)。次いで生成されたNOの一部は白金Pt上で更に酸化されつつNOx吸収剤12内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら、図4(A)に示されるように硝酸イオンNO の形でNOx吸収剤12内に拡散する。このようにしてNOxがNOx吸収剤12内に吸収される。
【0040】
NOx吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ptの表面でNOが生成され、NOx吸収剤12のNOx吸収能力が飽和しない限りNOがNOx吸収剤12内に吸収されて硝酸イオンNO が生成される。これに対してNOx吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が低下してNOの生成量が低下すると反応が逆方向(NO →NO)に進み、斯くしてNOx吸収剤12内の硝酸イオンNO がNOの形でNOx吸収剤12から放出される。すなわち、NOx吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が低下するとNOx吸収剤12からNOxが放出されることになる。NOx吸収剤流入排気ガスのリーンの度合いが低くなればNOx吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがってNOx吸収剤流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればNOx吸収剤12からNOxが放出されることになる。
【0041】
一方、この時NOx吸収剤流入排気ガスの空燃比を小さくすると、HC、COは白金Pt上の酸素O またはO2−と反応して酸化せしめられる。また、NOx吸収剤流入排気ガスの空燃比を小さくするとNOx吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにNOx吸収剤12からNOが放出され、このNOは図4(B)に示されるように未燃HC、COと反応して還元浄化せしめられる。このようにして白金Ptの表面上にNOが存在しなくなるとNOx吸収剤12から次から次へとNOが放出される。したがってNOx吸収剤流入排気ガスの空燃比を小さくすると短時間のうちにNOx吸収剤12からNOxが放出されて還元浄化されることになる。
【0042】
なお、ここでいう排気ガスの空燃比とはNOx吸収剤12上流側の排気ガス通路6とエンジン燃焼室または吸気通路4に供給された空気と燃料との比率をいうものとする。したがって排気ガス通路6に空気や燃料が供給されていない時には排気ガスの空燃比はエンジンの運転空燃比(エンジン燃焼室内の燃焼空燃比)に等しくなる。
【0043】
次にNOx吸収剤12の硫黄被毒のメカニズムについて説明する。排気ガス中にSOx成分が含まれていると、NOx吸収剤12は上述のNOxの吸収と同じメカニズムで排気ガス中のSOxを吸収する。すなわち、排気ガスの空燃比がリーンの時、排気ガス中のSOx(例えばSO)は白金Pt上で酸化されてSO 、SO となり、酸化バリウムBaOと結合してBaSOを形成する。BaSOは比較的安定であり、また、結晶が粗大化しやすいため一旦生成されると分解放出されにくい。このため、NOx吸収剤12中のBaSOの生成量が増大するとNOxの吸収に関与できるBaOの量が減少してしまいNOxの吸収能力が低下してしまう。
【0044】
この硫黄被毒を解消するためには、NOx吸収剤12中に生成されたBaSOを高温で分解するとともに、これにより生成されるSO 、SO の硫酸イオンをスライトリーンを含むほぼ理論空燃比またはリッチ雰囲気(以下、単にリッチ雰囲気という)下で還元し、気体状のSOに転換してNOx吸収剤12から放出させる必要がある。すなわち、硫黄被毒を解消するためには、NOx吸収剤12を高温且つリッチ雰囲気の状態にする必要がある。
【0045】
本排気浄化装置20においては、このような硫黄被毒を解消する必要が生じた場合には、ノズル24からNOx吸収剤12(フィルタ14)の上流側の排気ガス通路6に燃料(軽油)を供給し、その反応によってNOx吸収剤12を昇温すると共にリッチ雰囲気を作り出すようにし、NOx吸収剤12から硫黄分を放出するようにする。すなわち、ノズル24から排気ガス通路に燃料(軽油)を添加することでリッチスパイク制御が実施され、硫黄分の放出が図られる。
【0046】
以上のように、本排気浄化装置20においては、NOx吸収剤12を浄化(上述のようなNOxの放出還元、硫黄被毒再生等)する必要が生じた場合には、リッチスパイク制御を実施するためにNOx吸収剤12(フィルタ14)の上流側においてノズル24から排気ガス通路6内に燃料(軽油)の添加が行われる。より詳細には、予め定めたリッチスパイク制御開始条件が成立した時に燃料添加が開始され、その後予め定めたリッチスパイク制御終了条件が成立した時に燃料添加が終了するようになっている。ここでのリッチスパイク制御開始条件は、すなわち上述したようなNOx吸収剤の浄化が必要となったことを示すものであり、例えば、前回NOx吸収剤の浄化(NOxの放出還元または硫黄被毒再生等)を行った時からの車両走行距離が予め定めた値になった時にこの条件が成立するものとしてもよい。また、ここでのリッチスパイク制御終了条件はNOx吸収剤12の浄化が完了したことを示すものであり、例えば今回のリッチスパイク制御の継続時間が予め定めた値になった時にこの条件が成立したものとすることができる。
【0047】
そしてこのようなリッチスパイク制御を実施するために燃料添加を行う際、本排気浄化装置20においては、予めポンプ16によって吸引、加圧されてタンク20に貯蔵されていた加圧排気ガスが添加燃料(軽油)と共にNOx吸収剤12(フィルタ14)の上流側に供給されるようになっている。これは、NOx吸収剤12を流通する排気ガスの空燃比への影響を抑えつつ添加燃料(軽油)の霧化または気化を促進し、その結果として燃費悪化を抑制しつつ上述したようなNOx吸収剤12の浄化を効果的に行えるようにすることを目的とするものである。
【0048】
すなわち、上述したようなNOx吸収剤12の浄化を目的としてNOx吸収剤12の上流側において排気ガス通路6内に燃料(軽油)を添加する場合、添加する燃料である軽油は一般に霧化及び気化され難いので、添加燃料がNOx吸収剤12(フィルタ14)の上流側部分に付着してしまってNOx吸収剤全体に供給されず、NOx吸収剤12の浄化を充分に行うことが困難である。そしてこのような場合に燃料の霧化促進のために空気を添加燃料と共に供給するようにすると、目標の排気ガス空燃比(もしくはリッチ雰囲気)とするために必要な燃料量が増加し、燃費が悪化してしまう。つまり、霧化促進のために供給される空気により排気ガス中の空気量が多くなるので、目標とする排気ガス空燃比(もしくはリッチ雰囲気)を実現するために必要な燃料の量が多くなってしまうのである。
【0049】
これに対し、本排気浄化装置20においては、添加燃料と共に加圧排気ガスが供給される。排気ガス中の酸素量は空気中のそれよりも少ないので、このようにすれば、NOx吸収剤12(フィルタ14)を流通する排気ガスの空燃比への影響を抑えつつ添加燃料の霧化を促進することができる。また、排気ガスはある程度温度が高く、加圧される際にも温度が上昇するが、供給される際の加圧排気ガスの温度を高く維持しておけば添加燃料の気化を促進する効果も得られる。そしてこれらにより、燃費悪化を抑制しつつ添加燃料の霧化または気化を促進してリッチスパイク制御を実施することが可能となる。そうすると、霧化または気化の促進により燃料はNOx吸収剤12(フィルタ14)全体もしくはそのより広い範囲に供給されるようになるので、結果として燃費悪化を抑制しつつリッチスパイク制御の目的であるNOx吸収剤12の浄化(NOxの放出還元、硫黄被毒再生等)を充分且つ効果的に行うことが可能になる。
【0050】
また、燃料の添加タイミング(噴射タイミング)と加圧排気ガスの供給タイミングとの関係については、添加燃料の霧化または気化の促進の観点から適切に決定され得るが、通常、添加燃料の霧化または気化の促進の観点からは、燃料の添加(噴射)が実際に行われている間は加圧排気ガスの供給が行われていることが好ましい。すなわち、例えば、リッチスパイク制御のための燃料添加が間欠的な複数回の燃料噴射で行われる場合において、図5(a)に示したように、加圧排気ガスの供給が、最初の燃料の噴射が開始される時から最後の燃料の噴射が終了するまでの間継続されるようにする。この場合、簡単化された加圧排気ガス供給制御により、排気ガスの空燃比への影響を抑えつつ確実に添加燃料の霧化または気化を促進することができる。あるいは、図5(b)に示したように、加圧排気ガスの供給タイミングと燃料噴射のタイミングとを同期させるようにしてもよい。この場合には加圧排気ガスを無駄なく使用して、排気ガスの空燃比への影響を抑えつつ添加燃料の霧化または気化を促進することができる。
【0051】
なお、燃料の添加タイミング(噴射タイミング)と加圧排気ガスの供給タイミングとの関係は、上述の説明からも明らかなように制御弁22とノズル24との動作をECU8によって制御することにより調整される。本排気浄化装置20においては、加圧排気ガスを予め生成してタンク21に貯蔵しているので、制御弁22を制御することのみにより加圧排気ガスの供給が可能であり、必要な時になって加圧排気ガスを生成する場合に比べ、加圧排気ガスを応答性良く供給することができる。また、タンク21内に貯蔵された加圧排気ガスは、排気ブレーキのためのバルブアクチュエータの駆動やその他の補機類の駆動等、通常、圧縮空気を用いている用途へも応用することができる。
【0052】
また、本排気浄化装置20においては、上記排気ガス取り出し口15が、NOx吸収剤12が担持されたフィルタ14よりも下流側に設けられている。そのため、NOx吸収剤12及びフィルタ14により浄化された排気ガスの一部が再度これらによって浄化されることになるので、エミッションの向上を図ることができる。また、上記のポンプ16、逆止弁18、タンク21、制御弁22等を通る排気ガスがNOx吸収剤12及びフィルタ14により浄化されたものとなるので、これらの機器における詰りや固着等の発生を低減する効果もある。
【0053】
次に図6を参照して別の構成の排気浄化装置30について説明する。なお、ここでは上述の排気浄化装置20と共通する構成、作用及び効果については原則として説明を省略する。
図6に示された排気浄化装置30は、上述の排気浄化装置20(図2参照)と同様、図1に示されている排気浄化装置10の部分に設置されて排気ガス通路6の一部を構成する。排気浄化装置30の構成を上述の排気浄化装置20の構成と比較すると、排気浄化装置30においては、NOx吸収剤12(フィルタ14)をバイパスするバイパス通路6Bが設けられ、且つ、主通路6Aとバイパス通路6BとのNOx吸収剤12(フィルタ14)の下流側合流部分に流量制御弁26が設けられている点で異なっている。この流量制御弁26はECU8によって作動が制御され、必要に応じて両通路6A、6Bを流れる排気ガスの流量の割合を制御してNOx吸収剤12(フィルタ14)を流通する排気ガスの流量を調整することができる。
【0054】
本排気浄化装置30において流量制御弁26は、通常状態においては、図6に実線で示された位置にあり、ほぼ全ての排気ガスがNOx吸収剤12(フィルタ14)を通過するようにされているが、上述したような燃料添加によるリッチスパイク制御が実施される時にはその位置が調整されてNOx吸収剤12(フィルタ14)を流通する排気ガスの流量が低減される。これは、排気ガスの流量を低減して燃料添加を行うことにより、目標の排気ガス空燃比とするために必要な燃料量を低減しようとするものである。そして通常、このように排気ガスの流量が低下すると添加燃料の霧化を充分に行うことは一層困難になり、燃料の霧化もしく気化を促進する必要性はより高まることになる。
【0055】
本排気浄化装置30においては、このようにNOx吸収剤12(フィルタ14)を流通する排気ガスの流量を低減して燃料添加を行う場合において、タンク21に貯蔵されている加圧排気ガスが、上記排気浄化装置20の場合と同様、添加燃料と共に上記主通路6AのNOx吸収剤12の上流側に供給されるようになっている。このようにすることにより、燃料の霧化または気化を促進する必要性のより高い状況において、加圧排気ガスにより燃料の霧化または気化が促進され、燃料の分散性が改善される。そしてその結果、添加燃料をNOx吸収剤12(フィルタ14)全体もしくはそのより広い範囲に供給することが可能になり、燃費悪化を抑制しつつリッチスパイク制御の目的であるNOx吸収剤12の浄化(NOxの放出還元、硫黄被毒再生等)を充分且つ効果的に行うことが可能になる。
【0056】
次に図7を参照して更に別の構成の排気浄化装置40について説明する。なお、ここでも上述の排気浄化装置20と共通する構成、作用及び効果については原則として説明を省略する。
図7に示された排気浄化装置40は、上述の排気浄化装置20(図2参照)及び排気浄化装置30(図6参照)と同様、図1に示されている排気浄化装置10の部分に設置されて排気ガス通路6の一部を構成する。排気浄化装置40の基本的な構成は上述の排気浄化装置20の構成とほぼ同様であるが、排気浄化装置40においては、ポンプ16と逆止弁18との間に酸化触媒27と、その酸化触媒27の上流において燃料を添加するための燃料添加ノズル29とが設けられている点で異なっている。
【0057】
この燃料添加ノズル29はECU8によってその作動が制御され、必要に応じて、すなわち、ポンプ16が作動されて加圧排気ガスが生成される時に、上記酸化触媒27の上流に燃料を添加するように制御される。このようにすることによって、燃料添加ノズル29から添加された燃料が酸化触媒27で反応して排気ガス中の酸素が消費されるので、酸素濃度の低減された加圧排気ガスを得ることができる。
【0058】
そして、このようにして酸素濃度の低減された加圧排気ガスはタンク21に貯蔵され、上述した他の排気浄化装置20、30の場合と同様にリッチスパイク制御のための燃料添加において添加燃料と共に排気ガス通路へ供給され添加燃料の霧化または気化を促進するために利用される。このように酸素濃度の低減された加圧排気ガスを用いることによって、NOx吸収剤12を流通する排気ガスの空燃比への影響をより一層抑制しつつ添加燃料の霧化または気化を促進することができる。つまり、これによって、燃費悪化をより一層抑制しつつリッチスパイク制御を実施することができる。
【0059】
なお、図7に示した排気浄化装置40の構成では、酸化触媒27と燃料添加ノズル29がポンプ16と逆止弁18との間に設けられているが、酸化触媒27と燃料添加ノズル29は、燃料添加ノズル29が酸化触媒27の上流側にあれば排気ガス取り出し口15とタンク21との間のどこに設けられてもよく、例えば排気ガス取り出し口15とポンプ16との間に設けられてもよい。また、酸化触媒27については、それを迅速に昇温して活性化させるため、排気ガス取り出し口15とタンク21との間のどこに設けられる場合においても、配管形状の工夫等によって排気ガス通路6(すなわち排気管)の近くに位置するようにすることが好ましい。
【0060】
なお、上述の各排気浄化装置においては、排気ガス浄化手段としてNOx吸収剤12が担持されたフィルタ14が用いられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その代わりにNOx吸収剤のみ、NOx吸蔵剤のみ、あるいはフィルタのみ、もしくはこれらの任意の組合せが用いられてもよい。
排気ガス浄化手段を燃料添加によって昇温しようとする場合には、加圧排気ガスによる添加燃料の霧化または気化の促進によって燃料が排気ガス浄化手段全体もしくは排気ガス浄化手段のより広い範囲に供給されることによって、排気ガス浄化手段の各部分間での温度差を抑制しつつ昇温することが可能になる。したがって、例えば、フィルタのみが用いられた場合においても、上述の各排気浄化装置についての説明のようにすれば、フィルタ全体もしくはフィルタのより広い範囲に燃料が供給され、フィルタの全体もしくはそのより広い範囲について温度差の発生を抑制しつつ昇温することが可能になる。そしてこれによりフィルタに捕集されていた排気微粒子をフィルタの全体もしくはそのより広い範囲について効率良く酸化除去することが可能になる。また、供給される加圧排気ガスの温度が高い場合には、添加燃料の気化が促進されるのに加え、迅速な昇温が可能になる。
【0061】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、NOx吸蔵剤等の排気ガス浄化手段の上流側において排気ガス通路内に燃料を添加することのある排気浄化装置において、排気ガスの空燃比への影響を抑えつつ添加燃料の霧化または気化を促進することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の排気浄化装置をディーゼルエンジンに適用した場合を示す図である。
【図2】図2は、本発明の排気浄化装置を示した説明図である。
【図3】図3は、NOx吸収剤が担持されたフィルタの拡大断面図である。
【図4】図4は、NOxの吸収放出及び還元浄化作用を説明するための図である。
【図5】図5は、燃料の添加タイミング(噴射タイミング)と加圧排気ガスの供給タイミングとの関係について説明するための図である。
【図6】図6は、本発明の別の排気浄化装置を示した説明図である。
【図7】図7は、本発明の更に別の排気浄化装置を示した説明図である。
【符号の説明】
10、20、30、40…排気浄化装置
2…機関(エンジン)本体
4…吸気通路
6…排気ガス通路
8…電子制御ユニット(ECU)
12…NOx吸収剤
14…フィルタ
15…排気ガス取り出し口
16…ポンプまたはコンプレッサ
18…逆止弁
21…タンク
24…ノズル
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust purification device that purifies exhaust gas of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Generally, in a direct injection type internal combustion engine mounted on an automobile or the like, for example, a diesel engine, it is required to remove nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas. In response to such demands, there has been proposed an exhaust gas purifying apparatus in which a NOx occluding agent is disposed in an exhaust gas passage of an internal combustion engine.
[0003]
The NOx storage agent used in such an exhaust gas purification device stores NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, reduces the air-fuel ratio in the exhaust gas, and reduces the reducing agent such as HC or CO in the exhaust gas. Has the effect of releasing stored NOx and purifying it by reduction (storage and desorption of NOx and reduction purifying action). By utilizing this effect, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, NOx in the exhaust gas is stored in the NOx storage agent, and when the storage efficiency of the NOx storage agent has been reduced for a certain period of time or before the storage efficiency has decreased. By performing control to temporarily make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage agent rich (hereinafter, this control is referred to as rich spike control), the NOx stored in the NOx storage agent is released and reduced and purified. ing.
[0004]
In this specification, the term "occlusion" is used to include both "absorption" and "adsorption". Therefore, the “NOx storage agent” includes both the “NOx absorber” and the “NOx adsorbent”, the former accumulating NOx in the form of nitrate or the like, and the latter storing NOx.2Adsorb in the form of Further, the term “release” from the NOx storage agent is used to include the meaning of “release” corresponding to “adsorption” in addition to “release” corresponding to “absorption”.
[0005]
By the way, the fuel of the internal combustion engine sometimes contains a sulfur (S) component, and in this case, sulfur oxides (SOx) are contained in the exhaust gas. If SOx is present in the exhaust gas, the NOx storage agent stores SOx in the exhaust gas by exactly the same mechanism as that of storing NOx.
[0006]
However, SOx stored in the NOx storage agent is relatively stable, and generally tends to be easily stored in the NOx storage agent. When the SOx storage amount of the NOx storage agent increases, the NOx storage capacity of the NOx storage agent decreases, and it becomes impossible to sufficiently remove NOx in the exhaust gas. (S poisoning) problem occurs. In particular, this problem of sulfur poisoning is likely to occur in diesel engines that use light oil containing relatively large amounts of sulfur components as fuel.
[0007]
On the other hand, it is known that SOx stored in the NOx storage agent can be released by the same mechanism as NOx. Therefore, the rich spike control described above is also performed in this case. However, since SOx is stored in the NOx storage agent in a relatively stable form, even if rich spike control is performed at a temperature at which normal NOx desorption and reduction purification is performed (for example, about 250 ° C. or higher), the NOx storage agent can be stored in the NOx storage agent. It is difficult to release the stored SOx. Therefore, in order to eliminate sulfur poisoning (that is, perform sulfur poisoning regeneration), the NOx occluding agent is heated to a higher temperature than during normal NOx desorption and reduction purification, that is, a sulfur release temperature (for example, 600 ° C. or higher). ) To perform rich spike control.
[0008]
As described above, in the exhaust emission control device using the NOx storage agent as described above, in the control for purifying the NOx storage agent (release and reduction of NOx, regeneration of sulfur poisoning, etc.), rich spike control or NOx storage In some cases, rich spike control by raising the temperature of the agent (hereinafter, collectively referred to simply as "rich spike control") is performed. As a method of performing the rich spike control, a method of adding a fuel (light oil) into an exhaust gas passage on the upstream side of the NOx storage agent is known.
[0009]
However, this method has a problem that light oil as a fuel to be added is difficult to atomize and vaporize, and a large amount of NOx occluding agent adheres to an upstream portion. That is, fuel (light oil) is not supplied to the entire NOx storage agent, and as a result, purification (reduction and reduction of NOx, regeneration of sulfur poisoning, etc.) may be insufficient. On the other hand, if the fuel is to be supplied to the downstream side of the NOx storage agent, the added amount of the fuel increases and the fuel efficiency deteriorates, and the added fuel may be discharged to the outside to generate white smoke. is there.
[0010]
With respect to such a problem, Patent Literature 1 discloses a method of promoting atomization of fuel by spraying a fuel (light oil) using a part of supercharged air. There is also known a method of providing an air compressor and spraying fuel using compressed air supplied by the compressor to promote atomization of the fuel.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-8-2000047
[Patent Document 2]
JP-A-2002-70600
[Patent Document 3]
JP-A-6-28218
[Patent Document 4]
JP-A-6-93842
[Patent Document 5]
JP-A-2000-110552
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the atomization accelerating method using these air, although the atomization accelerating effect is obtained, the air-fuel ratio of the exhaust gas is greatly affected by the air supplied together with the fuel, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is enriched. (Performing rich spike control) becomes more difficult. This is because the amount of air required for achieving the target rich air-fuel ratio increases because the amount of air in the exhaust gas increases due to the air supplied together with the fuel to promote atomization. Therefore, if the rich spike control is performed while promoting the atomization using the air, the fuel efficiency is deteriorated.
[0013]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus that may add fuel into an exhaust gas passage on an upstream side of exhaust gas purification means such as a NOx storage agent. It is another object of the present invention to provide an exhaust gas purifying apparatus capable of promoting atomization or vaporization of added fuel while suppressing the influence of exhaust gas on the air-fuel ratio.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an exhaust emission control device described in each claim as means for solving the above problems.
According to a first aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying means disposed in an exhaust gas passage, a fuel adding means for adding fuel to the exhaust gas passage upstream of the exhaust gas purifying means, and A part is taken out and pressurized to generate pressurized exhaust gas, and the pressurized exhaust gas is supplied to the exhaust gas passage upstream of the exhaust gas purifying means together with the fuel added by the fuel adding means. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising: exhaust gas supply means.
[0015]
When fuel is added into the exhaust gas passage on the upstream side of the exhaust gas purifying means, if the added fuel is difficult to atomize and vaporize, the added fuel adheres to the upstream portion of the exhaust gas purifying means and the exhaust gas is exhausted. In some cases, it is not supplied to the entire purification means and the intended purpose cannot be sufficiently achieved. In such a case, if air is supplied together with the added fuel to promote atomization of the fuel, the amount of fuel required to achieve the target exhaust gas air-fuel ratio increases, and the fuel efficiency deteriorates. .
[0016]
On the other hand, according to the first aspect, the pressurized exhaust gas is supplied together with the fuel added by the fuel adding means. Since the amount of oxygen in the exhaust gas is smaller than that in the air, according to the first invention, atomization of the added fuel while suppressing the effect of the exhaust gas flowing through the exhaust gas purifying means on the air-fuel ratio is suppressed. Can be promoted. Further, if the temperature of the supplied compressed exhaust gas is high, there is also an effect of promoting the vaporization of the added fuel. Thus, rich spike control can be performed by, for example, promoting the atomization or vaporization of the added fuel while suppressing the deterioration of fuel efficiency. In this case, the fuel is supplied to the entire exhaust gas purifying means or a wider range of the exhaust gas purifying means due to the promotion of atomization or vaporization. As a result, the purpose of the rich spike control (for example, And purifying the exhaust gas purifying means (performing NOx emission reduction, sulfur poisoning regeneration, etc.) and the like can be sufficiently achieved.
[0017]
In a second aspect based on the first aspect, the pressurized exhaust gas supply means suctions and pressurizes exhaust gas through an exhaust gas outlet provided in the exhaust gas passage, and pressurizes the exhaust gas. Pressurized exhaust gas storage means for storing the pressurized exhaust gas, and pressurized exhaust gas supply for controlling a method of supplying the pressurized exhaust gas stored in the pressurized exhaust gas storage means to the exhaust gas passage Method control means.
According to the second aspect, the same functions and effects as those of the first aspect can be obtained with a relatively simple configuration. In particular, since the pressurized exhaust gas is stored, the pressurized exhaust gas can be supplied with good responsiveness.
[0018]
In a third aspect based on the second aspect, the exhaust gas outlet is provided downstream of the exhaust gas purifying means.
According to the third aspect, a part of the exhaust gas purified by the exhaust gas purifying means is supplied again to the upstream side of the exhaust gas purifying means, so that emission can be improved. Further, since the exhaust gas introduced into the pressurized exhaust gas supply means is purified by the exhaust gas purification means, the occurrence of clogging or the like in each component constituting the pressurized exhaust gas supply means is reduced. There is also the effect of doing.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect, when the fuel addition by the fuel adding means is performed by intermittently injecting the fuel a plurality of times, the supply of the pressurized exhaust gas is changed to the first fuel. The control is performed by the pressurized exhaust gas supply method control means so as to continue from the time when the injection is started to the time when the last fuel injection is completed.
According to the fourth invention, the atomization or vaporization of the added fuel can be surely promoted by the simplified control while suppressing the influence of the exhaust gas on the air-fuel ratio.
[0020]
In a fifth aspect based on the second or third aspect, the pressurized exhaust gas supply method control means controls a supply timing of the pressurized exhaust gas, and the supply timing is controlled by the fuel addition means for adding fuel. Is synchronized with the timing of the fuel injection.
According to the fifth aspect, the pressurized exhaust gas can be used without waste, and the atomization or vaporization of the added fuel can be promoted while suppressing the effect of the exhaust gas on the air-fuel ratio.
[0021]
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects of the present invention, there is further provided a flow control means for controlling a flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust gas purifying means, and When fuel is added to the passage, the flow rate control means reduces the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust gas purifying means, and the pressurized exhaust gas is mixed with the fuel added by the fuel adding means together with the exhaust gas. The gas is supplied to the passage upstream of the exhaust gas purifying means.
[0022]
If the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust gas purifying means can be controlled, the amount of fuel required to achieve the target exhaust gas air-fuel ratio is reduced by reducing the flow rate of the exhaust gas and adding fuel. Therefore, deterioration of fuel efficiency can be suppressed. However, in this case, it is considered that it becomes more difficult to sufficiently atomize the added fuel because the flow rate of the exhaust gas decreases. As a result, it is considered that it becomes difficult to supply the additional fuel to the entire exhaust gas purifying means.
[0023]
According to the sixth aspect of the present invention, when the fuel is added by reducing the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust gas purifying means, the pressurized exhaust gas and the fuel may be exhausted from the exhaust gas passage through the exhaust gas passage. It is supplied upstream of the gas purification means. By doing so, the pressurized exhaust gas promotes atomization or vaporization of the fuel, and the dispersibility of the fuel can be improved. As a result, the added fuel can be supplied to the entire exhaust gas purifying means or a wider range of the exhaust gas purifying means.
[0024]
In a seventh aspect based on any one of the first to sixth aspects, the exhaust gas purifying means includes a NOx storage agent, and when the NOx or SOx stored in the NOx storage agent is released, the exhaust gas purifying means includes: Is supplied to the exhaust gas passage upstream of the exhaust gas purifying means together with the fuel added by the fuel adding means.
[0025]
According to the seventh aspect, rich spike control can be performed by promoting atomization or vaporization of the added fuel while suppressing deterioration of fuel efficiency. In this case, the fuel is supplied to the entire exhaust gas purifying means including the NOx occluding agent or to a wider range of the exhaust gas purifying means due to the promotion of atomization or vaporization. The NOx release reduction or sulfur poisoning regeneration of the occluding agent can be sufficiently performed.
[0026]
In an eighth aspect based on any of the first to seventh aspects, the pressurized exhaust gas supply means has an oxygen concentration reducing means for reducing the oxygen concentration of the exhaust gas taken out from the exhaust gas passage. .
According to the eighth aspect, since the pressurized exhaust gas having a reduced oxygen concentration is generated, the influence of the exhaust gas flowing through the exhaust gas purifying means on the air-fuel ratio can be further suppressed and the mist of the added fuel can be reduced. Gasification or vaporization can be promoted. Thus, for example, rich spike control can be performed by further promoting atomization or vaporization of the added fuel while further suppressing deterioration in fuel efficiency.
[0027]
In a ninth aspect based on the eighth aspect, in the eighth aspect, the oxygen concentration reducing means includes an oxidation catalyst arranged in a passage through which the exhaust gas taken out from the exhaust gas passage passes, and adding the fuel upstream of the oxidation catalyst. And a fuel adding means different from the fuel adding means.
The fuel in the exhaust gas extracted from the exhaust gas passage is consumed by adding fuel from the fuel adding device different from the fuel adding device and reacting in the oxidation catalyst, and the exhaust gas extracted from the exhaust gas passage is used. Oxygen concentration can be reduced. That is, according to the ninth aspect, the above-mentioned oxygen concentration reducing means can be constituted relatively easily, and the same operation and effect as the eighth aspect can be obtained.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention can be carried out using either a NOx absorbent or a NOx adsorbent, which is a NOx storage agent. Hereinafter, a case using a NOx absorbent will be described. In each drawing, the same or similar components are denoted by common reference numerals.
[0029]
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a diesel engine. The present invention can be applied to other types of internal combustion engines such as gasoline engines.
In FIG. 1, reference numeral 2 denotes an engine body, 4 denotes an intake passage, and 6 denotes an exhaust gas passage. The exhaust gas passage 6 is provided with the exhaust gas purification device 10 of the present invention. The exhaust gas purification device 10 installed in this portion will be described in detail later with the exhaust gas purification devices 20, 30, and 40 having three different configurations. I do.
[0030]
The electronic control unit (ECU) 8 is a known type of digital computer in which a CPU (central processing unit), a RAM (random access memory), a ROM (read only memory), and an input / output port are connected by a bidirectional bus. In addition to performing basic control of the engine such as fuel injection amount control by exchanging signals with the main body 2, in each embodiment of the present invention, as will be described below, exchanging signals with each component of the exhaust gas purifying apparatus, and Control is also performed.
[0031]
FIG. 2 is a diagram showing an exhaust gas purification device 20 that is installed in a portion of the exhaust gas purification device 10 shown in FIG. 1 and forms a part of the exhaust gas passage 6. As shown in FIG. 2, the exhaust gas purification device 20 includes a filter 14 disposed in the exhaust gas passage 6, and the filter 14 has a function of removing exhaust particulates in the exhaust gas. The NOx absorbent 12 is carried on the filter 14 as described later, and constitutes an exhaust gas purifying means.
[0032]
A nozzle 24 for adding fuel (light oil) to the exhaust gas passage 6 at the time of purification control of the NOx absorbent 12 and the like is provided upstream of the filter 14 carrying the NOx absorbent 12. . The nozzle 24 is configured to be able to supply a pressurized exhaust gas described later together with the added fuel in order to promote atomization or vaporization of the added fuel. The nozzle 24 may have a configuration such as a known two-fluid nozzle or an air assist nozzle, for example. The fuel addition method, that is, the amount of added fuel, the addition timing (injection timing), and the like are adjusted by controlling the operation of the nozzle 24 by the ECU 8.
[0033]
An exhaust gas outlet 15 for extracting a part of the exhaust gas from the exhaust gas passage 6 is provided downstream of the filter 14 carrying the NOx absorbent 12, and a pump or a pump connected to the outlet 15 is provided. Exhaust gas is sucked through the outlet 15 and pressurized by a compressor (hereinafter simply referred to as “pump”) 16. The pump 16 is controlled by the ECU 8.
[0034]
Exhaust gas sucked and pressurized by the pump 16 is sent to the tank 21 and stored as pressurized exhaust gas. In the embodiment shown in FIG. 1, a check valve 18 for preventing a backflow from the tank 21 is provided in a pressurized exhaust gas passage between the pump 16 and the tank 21.
The pressurized exhaust gas stored in the tank 21 is sent to the above-described nozzle 24 and supplied to the exhaust gas passage 6 together with the added fuel. The amount and supply timing are adjusted by controlling the operation of the control valve 22 provided between the tank 21 and the nozzle 24 by the ECU 8. Note that control means corresponding to the control valve 22 may be incorporated in the nozzle 24, and the ECU 8 may control the nozzle 24 to control both the fuel addition method and the pressurized exhaust gas supply method.
[0035]
FIG. 3 shows an enlarged sectional view of the filter 14. Referring to FIG. 3, the filter 14 is made of a porous ceramic, and the exhaust gas flows from left to right in the figure as indicated by arrows. In the filter 14, first passages 38 having the plugs 34 provided on the upstream side and second passages 44 having the plugs 42 provided on the downstream side are alternately arranged to form a honeycomb shape. When the exhaust gas flows from left to right in the figure, the exhaust gas flows through the porous ceramic partition from the second passage 44, flows into the first passage 38, and flows downstream. At this time, the exhaust particulates (particulates) in the exhaust gas are collected by the porous ceramic and removed from the exhaust gas, thereby preventing the exhaust particulates from being released into the atmosphere.
[0036]
The NOx absorbent 12 is carried on the surfaces of the partition walls of the first passage 38 and the second passage 44 and in the pores inside. The NOx absorbent 12 is at least selected from alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, alkaline earths such as barium Ba and calcium Ca, lanthanum La, and rare earths such as yttrium Y. One consists of a noble metal such as platinum Pt. The NOx absorbent 12 absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and releases the absorbed NOx if the air-fuel ratio of the NOx absorbent inflowing exhaust gas decreases and the reducing agent is present, thereby reducing the NOx. It has a purifying action (NOx absorption / release and reduction purifying action).
[0037]
Since a diesel engine is used in the configuration shown in FIG. 1, the exhaust gas air-fuel ratio in the normal state is lean, and the NOx absorbent 12 absorbs NOx in the exhaust gas in the normal state. Then, when the NOx absorption efficiency of the NOx absorbent 12 decreases for a certain period of time, it becomes necessary to release and reduce NOx from the NOx absorbent 12. In the exhaust gas purifying apparatus 20, when it is necessary to release NOx from the NOx absorbent 12 and reduce and purify the exhaust gas, the exhaust gas passage on the upstream side of the NOx absorbent 12 (filter 14) from the nozzle 24 is required. 6, rich spike control is performed by supplying fuel (light oil) to the NOx absorbent 12, so that the NOx absorbed by the NOx absorbent 12 is released and the released NOx is reduced and purified.
[0038]
Although the detailed mechanism of the absorption / release and reduction / purification is not clear, it is considered that the absorption / release and reduction / purification are performed by the mechanism shown in FIG. Next, this mechanism will be described by taking as an example a case where platinum Pt and barium Ba are supported, but the same mechanism can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earths, and rare earths.
[0039]
That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent becomes considerably lean, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx absorbent greatly increases, and as shown in FIG.2Is O2 Or O2-On the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the exhaust gas flowing into the NOx absorbent becomes O 2 on the surface of the platinum Pt.2 Or O2-Reacts with NO2(2NO + O2→ 2NO2). NO generated next2Is absorbed in the NOx absorbent 12 while being further oxidized on the platinum Pt and combined with the barium oxide BaO, and as shown in FIG.3 And diffuses into the NOx absorbent 12 in the form of In this way, NOx is absorbed in the NOx absorbent 12.
[0040]
As long as the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx absorbent is high, NO2Is generated and the NOx absorption capacity of the NOx absorbent 12 is not2Is absorbed in the NOx absorbent 12 and nitrate ions NO3 Is generated. On the other hand, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx absorbent decreases and the NOx2The reaction proceeds in the reverse direction (NO3 → NO2) And thus the nitrate ion NO in the NOx absorbent 123 Is NO2From the NOx absorbent 12 in the form of That is, when the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx absorbent decreases, NOx is released from the NOx absorbent 12. If the degree of leanness of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent decreases, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx absorbent decreases. Therefore, if the degree of leanness of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent decreases, NOx is reduced from the NOx absorbent 12. Will be released.
[0041]
On the other hand, at this time, if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent is reduced, HC and CO become oxygen O on the platinum Pt.2 Or O2-And oxidize. Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent is reduced, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx absorbent is extremely reduced.2Is released and this NO2Is reduced and purified by reacting with unburned HC and CO as shown in FIG. 4 (B). Thus, NO on the surface of platinum Pt2Is no longer present, NO from the NOx absorbent 12 goes one after another.2Is released. Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent is reduced, NOx is released from the NOx absorbent 12 in a short period of time and reduced and purified.
[0042]
Here, the air-fuel ratio of the exhaust gas refers to the ratio of the air and the fuel supplied to the exhaust gas passage 6 on the upstream side of the NOx absorbent 12 and the engine combustion chamber or the intake passage 4. Therefore, when no air or fuel is supplied to the exhaust gas passage 6, the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes equal to the operating air-fuel ratio of the engine (combustion air-fuel ratio in the engine combustion chamber).
[0043]
Next, the mechanism of sulfur poisoning of the NOx absorbent 12 will be described. When the SOx component is contained in the exhaust gas, the NOx absorbent 12 absorbs the SOx in the exhaust gas by the same mechanism as the above-described NOx absorption. That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, SOx in the exhaust gas (eg, SOx2) Is oxidized on platinum Pt to form SO3 , SO4 And combines with barium oxide BaO to form BaSO4To form BaSO4Is relatively stable, and the crystal is liable to be coarsened, so that once formed, it is difficult to be decomposed and released. For this reason, BaSO in the NOx absorbent 124When the generation amount of NOx increases, the amount of BaO that can participate in NOx absorption decreases, and the NOx absorption capacity decreases.
[0044]
In order to eliminate this sulfur poisoning, BaSO generated in the NOx absorbent 12 is used.4Is decomposed at high temperature, and the SO3 , SO4 Is reduced under a substantially stoichiometric air-fuel ratio or a rich atmosphere (hereinafter, simply referred to as a rich atmosphere) containing light lean gaseous SO2.2To be released from the NOx absorbent 12. That is, in order to eliminate sulfur poisoning, the NOx absorbent 12 needs to be in a high temperature and rich atmosphere state.
[0045]
In the present exhaust gas purification apparatus 20, when it is necessary to eliminate such sulfur poisoning, fuel (light oil) is supplied from the nozzle 24 to the exhaust gas passage 6 upstream of the NOx absorbent 12 (filter 14). The NOx absorbent 12 is supplied and the reaction raises the temperature of the NOx absorbent 12 and creates a rich atmosphere, thereby releasing sulfur from the NOx absorbent 12. That is, rich spike control is performed by adding fuel (light oil) from the nozzle 24 to the exhaust gas passage, thereby releasing sulfur.
[0046]
As described above, in the present exhaust gas purification apparatus 20, when it becomes necessary to purify the NOx absorbent 12 (such as the above-described NOx release reduction and sulfur poisoning regeneration), rich spike control is performed. Therefore, fuel (light oil) is added into the exhaust gas passage 6 from the nozzle 24 on the upstream side of the NOx absorbent 12 (filter 14). More specifically, fuel addition is started when a predetermined rich spike control start condition is satisfied, and thereafter, fuel addition is ended when a predetermined rich spike control end condition is satisfied. The rich spike control start condition here indicates that the NOx absorbent needs to be purified as described above. For example, the previous NOx absorbent purification (NOx release reduction or sulfur poisoning regeneration , Etc.), the condition may be satisfied when the vehicle travel distance from the time when the vehicle travels to a predetermined value. The rich spike control end condition here indicates that the purification of the NOx absorbent 12 has been completed. For example, this condition is satisfied when the duration of the current rich spike control has reached a predetermined value. Things.
[0047]
When fuel is added to perform such rich spike control, the exhaust gas purifying apparatus 20 uses pressurized exhaust gas that has been suctioned and pressurized by the pump 16 and stored in the tank 20 in advance. (Light oil) together with the NOx absorbent 12 (filter 14). This promotes the atomization or vaporization of the added fuel (light oil) while suppressing the influence of the exhaust gas flowing through the NOx absorbent 12 on the air-fuel ratio, and consequently suppresses the deterioration of the fuel consumption as a result of the NOx absorption as described above. It is intended to purify the agent 12 effectively.
[0048]
That is, when the fuel (light oil) is added into the exhaust gas passage 6 on the upstream side of the NOx absorbent 12 for the purpose of purifying the NOx absorbent 12, the light oil to be added is generally atomized and vaporized. Therefore, the added fuel adheres to the upstream portion of the NOx absorbent 12 (the filter 14) and is not supplied to the entire NOx absorbent, so that it is difficult to sufficiently purify the NOx absorbent 12. In such a case, if air is supplied together with the added fuel to promote atomization of the fuel, the amount of fuel required to achieve the target exhaust gas air-fuel ratio (or rich atmosphere) increases, and the fuel efficiency is reduced. It gets worse. That is, since the amount of air in the exhaust gas increases due to the air supplied to promote the atomization, the amount of fuel required to achieve the target exhaust gas air-fuel ratio (or rich atmosphere) increases. It will be lost.
[0049]
On the other hand, in the present exhaust gas purification apparatus 20, pressurized exhaust gas is supplied together with the added fuel. Since the amount of oxygen in the exhaust gas is smaller than that in the air, this makes it possible to suppress the effect of the exhaust gas flowing through the NOx absorbent 12 (the filter 14) on the air-fuel ratio and to atomize the added fuel. Can be promoted. In addition, the temperature of the exhaust gas is high to some extent, and the temperature rises when pressurized. However, if the temperature of the pressurized exhaust gas at the time of supply is kept high, the effect of promoting the vaporization of the added fuel is also obtained. can get. Thus, rich spike control can be performed by promoting the atomization or vaporization of the added fuel while suppressing the deterioration of fuel efficiency. Then, the fuel is supplied to the entire NOx absorbent 12 (filter 14) or a wider range thereof due to the promotion of atomization or vaporization. As a result, NOx which is the object of rich spike control while suppressing fuel consumption deterioration is suppressed. Purification (reduction of NOx, regeneration of sulfur poisoning, etc.) of the absorbent 12 can be performed sufficiently and effectively.
[0050]
In addition, the relationship between the fuel addition timing (injection timing) and the supply timing of the pressurized exhaust gas can be appropriately determined from the viewpoint of promoting the atomization or vaporization of the added fuel. Alternatively, from the viewpoint of promoting vaporization, it is preferable that the pressurized exhaust gas is supplied while the fuel addition (injection) is actually performed. That is, for example, in the case where fuel addition for rich spike control is performed intermittently by multiple fuel injections, as shown in FIG. The fuel injection is continued from the start of the injection to the end of the last fuel injection. In this case, atomization or vaporization of the added fuel can be reliably promoted by the simplified pressurized exhaust gas supply control while suppressing the effect of the exhaust gas on the air-fuel ratio. Alternatively, as shown in FIG. 5B, the supply timing of the pressurized exhaust gas and the timing of the fuel injection may be synchronized. In this case, it is possible to use the pressurized exhaust gas without waste and promote the atomization or vaporization of the added fuel while suppressing the effect of the exhaust gas on the air-fuel ratio.
[0051]
The relationship between the fuel addition timing (injection timing) and the supply timing of the pressurized exhaust gas is adjusted by controlling the operation of the control valve 22 and the nozzle 24 by the ECU 8 as is clear from the above description. You. In the present exhaust gas purifying apparatus 20, since the pressurized exhaust gas is generated in advance and stored in the tank 21, it is possible to supply the pressurized exhaust gas only by controlling the control valve 22. As compared with the case of generating pressurized exhaust gas, pressurized exhaust gas can be supplied with high responsiveness. Also, the pressurized exhaust gas stored in the tank 21 can be applied to applications that normally use compressed air, such as driving a valve actuator for exhaust braking and driving other accessories. .
[0052]
Further, in the present exhaust gas purification apparatus 20, the exhaust gas outlet 15 is provided downstream of the filter 14 carrying the NOx absorbent 12. Therefore, a part of the exhaust gas purified by the NOx absorbent 12 and the filter 14 is purified again by these, so that the emission can be improved. In addition, since the exhaust gas passing through the pump 16, the check valve 18, the tank 21, the control valve 22, and the like is purified by the NOx absorbent 12 and the filter 14, the occurrence of clogging or sticking in these devices may occur. This also has the effect of reducing
[0053]
Next, an exhaust gas purification device 30 having another configuration will be described with reference to FIG. In addition, here, description of the configuration, operation and effect common to the above-described exhaust gas purification device 20 is omitted in principle.
The exhaust gas purification device 30 shown in FIG. 6 is installed in the exhaust gas purification device 10 shown in FIG. 1 and is a part of the exhaust gas passage 6 like the above-described exhaust gas purification device 20 (see FIG. 2). Is composed. Comparing the configuration of the exhaust purification device 30 with the configuration of the exhaust purification device 20 described above, in the exhaust purification device 30, a bypass passage 6B that bypasses the NOx absorbent 12 (the filter 14) is provided, and a main passage 6A is provided. The difference lies in that a flow control valve 26 is provided at a portion where the NOx absorbent 12 (filter 14) joins with the bypass passage 6B on the downstream side. The operation of the flow control valve 26 is controlled by the ECU 8, and the flow rate of the exhaust gas flowing through the NOx absorbent 12 (filter 14) is controlled by controlling the ratio of the flow rate of the exhaust gas flowing through the two passages 6A and 6B as necessary. Can be adjusted.
[0054]
In the present exhaust gas purifying device 30, the flow control valve 26 is in a position shown by a solid line in FIG. 6 in a normal state, and almost all exhaust gas passes through the NOx absorbent 12 (filter 14). However, when the rich spike control is performed by adding the fuel as described above, the position is adjusted, and the flow rate of the exhaust gas flowing through the NOx absorbent 12 (the filter 14) is reduced. This is intended to reduce the amount of fuel required to achieve a target exhaust gas air-fuel ratio by reducing the flow rate of exhaust gas and adding fuel. Usually, when the flow rate of the exhaust gas is reduced in this manner, it becomes more difficult to sufficiently atomize the added fuel, and the necessity of promoting the atomization or vaporization of the fuel increases.
[0055]
In the present exhaust gas purifying apparatus 30, when fuel is added by reducing the flow rate of the exhaust gas flowing through the NOx absorbent 12 (the filter 14), the pressurized exhaust gas stored in the tank 21 As in the case of the exhaust gas purification device 20, the fuel is supplied to the upstream side of the NOx absorbent 12 in the main passage 6A together with the added fuel. In this way, the pressurized exhaust gas enhances the atomization or vaporization of the fuel and improves the dispersibility of the fuel in situations where there is a greater need to promote the atomization or vaporization of the fuel. As a result, it is possible to supply the added fuel to the entire NOx absorbent 12 (filter 14) or a wider range thereof, and to purify the NOx absorbent 12 (the purpose of the rich spike control while suppressing the deterioration of fuel economy). NOx release reduction, sulfur poisoning regeneration, etc.) can be performed sufficiently and effectively.
[0056]
Next, with reference to FIG. 7, a description will be given of an exhaust gas purification apparatus 40 having still another configuration. In addition, here, description of the configuration, operation and effect common to the above-described exhaust gas purification device 20 is omitted in principle.
The exhaust purification device 40 shown in FIG. 7 is similar to the exhaust purification device 20 (see FIG. 2) and the exhaust purification device 30 (see FIG. 6) described above, and is similar to the exhaust purification device 10 shown in FIG. It is installed and forms a part of the exhaust gas passage 6. Although the basic configuration of the exhaust gas purification device 40 is substantially the same as the configuration of the above-described exhaust gas purification device 20, the exhaust gas purification device 40 includes an oxidation catalyst 27 between the pump 16 and the check valve 18, and the oxidation catalyst 27. The difference is that a fuel addition nozzle 29 for adding fuel is provided upstream of the catalyst 27.
[0057]
The operation of the fuel addition nozzle 29 is controlled by the ECU 8 so that fuel is added upstream of the oxidation catalyst 27 as needed, that is, when the pump 16 is operated to generate pressurized exhaust gas. Controlled. By doing so, the fuel added from the fuel addition nozzle 29 reacts with the oxidation catalyst 27 to consume oxygen in the exhaust gas, so that a pressurized exhaust gas with a reduced oxygen concentration can be obtained. .
[0058]
The pressurized exhaust gas having the reduced oxygen concentration is stored in the tank 21 and, together with the added fuel in the fuel addition for the rich spike control, as in the case of the other exhaust gas purification devices 20 and 30 described above. The fuel is supplied to the exhaust gas passage and used to promote atomization or vaporization of the added fuel. By using the pressurized exhaust gas having the reduced oxygen concentration as described above, it is possible to further suppress the influence of the exhaust gas flowing through the NOx absorbent 12 on the air-fuel ratio and promote the atomization or vaporization of the added fuel. Can be. That is, thereby, rich spike control can be performed while further suppressing deterioration in fuel efficiency.
[0059]
In the configuration of the exhaust gas purification device 40 shown in FIG. 7, the oxidation catalyst 27 and the fuel addition nozzle 29 are provided between the pump 16 and the check valve 18, but the oxidation catalyst 27 and the fuel addition nozzle 29 If the fuel addition nozzle 29 is located on the upstream side of the oxidation catalyst 27, the fuel addition nozzle 29 may be provided anywhere between the exhaust gas outlet 15 and the tank 21, for example, provided between the exhaust gas outlet 15 and the pump 16. Is also good. Regarding the oxidation catalyst 27, in order to quickly raise the temperature of the oxidation catalyst 27 and activate it, no matter where the oxidation catalyst 27 is provided between the exhaust gas outlet 15 and the tank 21, the exhaust gas passage 6 can be formed by devising the piping shape. (I.e., close to the exhaust pipe).
[0060]
In each of the above-mentioned exhaust gas purifying apparatuses, the filter 14 carrying the NOx absorbent 12 is used as the exhaust gas purifying means. However, the present invention is not limited to this. Only the agent, only the NOx storage agent, or only the filter, or any combination thereof may be used.
When the temperature of the exhaust gas purifying means is to be increased by adding fuel, fuel is supplied to the entire exhaust gas purifying means or a wider range of the exhaust gas purifying means by promoting atomization or vaporization of the added fuel by pressurized exhaust gas. By doing so, it is possible to raise the temperature while suppressing the temperature difference between each part of the exhaust gas purifying means. Therefore, for example, even when only the filter is used, the fuel is supplied to the entire filter or a wider range of the filter according to the description of each exhaust gas purification device described above, and the entire filter or the wider filter is provided. It becomes possible to raise the temperature while suppressing the occurrence of a temperature difference in the range. This makes it possible to efficiently oxidize and remove the exhaust particulates trapped in the filter over the entire filter or over a wider range thereof. In addition, when the temperature of the supplied compressed exhaust gas is high, the vaporization of the added fuel is promoted and the temperature can be raised quickly.
[0061]
【The invention's effect】
According to the invention described in each claim, in an exhaust gas purifying apparatus that may add fuel to an exhaust gas passage on the upstream side of an exhaust gas purifying means such as a NOx storage agent, the influence of the exhaust gas on the air-fuel ratio is reduced. It is possible to promote the atomization or vaporization of the added fuel while suppressing it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a case where an exhaust emission control device of the present invention is applied to a diesel engine.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an exhaust gas purification device of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a filter carrying a NOx absorbent.
FIG. 4 is a diagram for explaining the NOx absorption / release and reduction / purification actions.
FIG. 5 is a diagram for explaining a relationship between fuel addition timing (injection timing) and pressurized exhaust gas supply timing.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing another exhaust gas purification device of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory view showing still another exhaust gas purification apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 20, 30, 40 ... Exhaust gas purification device
2. The body of the engine
4: Intake passage
6. Exhaust gas passage
8 Electronic control unit (ECU)
12 ... NOx absorbent
14 ... Filter
15 ... Exhaust gas outlet
16. Pump or compressor
18. Check valve
21 ... Tank
24 ... Nozzle

Claims (9)

排気ガス通路に配置された排気ガス浄化手段と、
該排気ガス浄化手段の上流側において上記排気ガス通路に燃料を添加する燃料添加手段と、
上記排気ガス通路から排気ガスの一部を取り出して加圧し加圧排気ガスを生成すると共に、該加圧排気ガスを上記燃料添加手段により添加される燃料と共に上記排気ガス通路の上記排気ガス浄化手段の上流側に供給する加圧排気ガス供給手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置。
Exhaust gas purifying means arranged in the exhaust gas passage;
Fuel addition means for adding fuel to the exhaust gas passage upstream of the exhaust gas purification means;
A part of the exhaust gas is taken out from the exhaust gas passage and pressurized to generate a pressurized exhaust gas, and the pressurized exhaust gas and the fuel added by the fuel adding device are mixed with the exhaust gas purifying means of the exhaust gas passage. And a pressurized exhaust gas supply means for supplying the exhaust gas to an upstream side of the exhaust gas.
上記加圧排気ガス供給手段は、
上記排気ガス通路に設けられた排気ガス取り出し口を介して排気ガスを吸引し加圧する排気ガス吸引加圧手段と、
加圧された上記排気ガスを貯蔵する加圧排気ガス貯蔵手段と、
該加圧排気ガス貯蔵手段に貯蔵された加圧排気ガスの上記排気ガス通路への供給方法を制御する加圧排気ガス供給方法制御手段と、を備える請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
The pressurized exhaust gas supply means,
Exhaust gas suction pressurizing means for suctioning and pressurizing exhaust gas through an exhaust gas outlet provided in the exhaust gas passage;
Pressurized exhaust gas storage means for storing the pressurized exhaust gas,
2. The exhaust gas purification system according to claim 1, further comprising: a pressurized exhaust gas supply method control unit that controls a method of supplying the pressurized exhaust gas stored in the pressurized exhaust gas storage unit to the exhaust gas passage. apparatus.
上記排気ガス取り出し口は、上記排気ガス浄化手段よりも下流側に設けられる、請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the exhaust gas outlet is provided downstream of the exhaust gas purifying means. 上記燃料添加手段による燃料添加が間欠的な複数回の燃料の噴射によって行われる場合に、上記加圧排気ガスの供給が、最初の燃料の噴射が開始される時から最後の燃料の噴射が終了するまでの間継続されるように上記加圧排気ガス供給方法制御手段によって制御される、請求項2または3に記載の内燃機関の排気浄化装置。In a case where the fuel addition by the fuel addition means is performed by intermittent multiple fuel injections, the supply of the pressurized exhaust gas is terminated from the time when the first fuel injection is started to the time when the last fuel injection is completed. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 2 or 3, wherein the apparatus is controlled by the pressurized exhaust gas supply method control means so as to be continued until the exhaust gas is supplied. 上記加圧排気ガス供給方法制御手段は、上記加圧排気ガスの供給タイミングを制御し、該供給タイミングが上記燃料添加手段による燃料添加のための燃料噴射のタイミングと同期せしめられる、請求項2または3に記載の内燃機関の排気浄化装置。3. The pressurized exhaust gas supply method control means controls a supply timing of the pressurized exhaust gas, and the supply timing is synchronized with a fuel injection timing for fuel addition by the fuel addition means. 4. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to 3. 上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を制御する流量制御手段を有していて、上記燃料添加手段によって上記排気ガス通路に燃料を添加する時には、上記流量制御手段によって上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が低減せしめられると共に、上記加圧排気ガスが上記燃料添加手段により添加される燃料と共に上記排気ガス通路の上記排気ガス浄化手段の上流側に供給される、請求項1から5に記載の内燃機関の排気浄化装置。A flow control means for controlling a flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust gas purifying means; and when the fuel adding means adds fuel to the exhaust gas passage, the flow control means controls the exhaust gas purifying means. The flow rate of exhaust gas flowing through the exhaust gas passage is reduced, and the pressurized exhaust gas is supplied to the exhaust gas passage upstream of the exhaust gas purification means together with the fuel added by the fuel addition means. 6. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5. 上記排気ガス浄化手段がNOx吸蔵剤を含み、該NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxまたはSOxを離脱させる時に、上記加圧排気ガスが上記燃料添加手段により添加される燃料と共に上記排気ガス通路の上記排気ガス浄化手段の上流側に供給される、請求項1から6の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。The exhaust gas purifying means includes a NOx occluding agent, and when the NOx or SOx stored in the NOx occluding agent is released, the pressurized exhaust gas and the fuel added by the fuel adding means are combined with the fuel in the exhaust gas passage. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, which is supplied to an upstream side of the exhaust gas purification means. 上記加圧排気ガス供給手段は、上記排気ガス通路から取り出した排気ガスの酸素濃度を低減する酸素濃度低減手段を有している、請求項1から7の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the pressurized exhaust gas supply unit includes an oxygen concentration reduction unit configured to reduce an oxygen concentration of the exhaust gas extracted from the exhaust gas passage. Exhaust gas purification device. 上記酸素濃度低減手段は、上記排気ガス通路から取り出した排気ガスが通る通路に配置された酸化触媒と、該酸化触媒の上流側において燃料を添加する前記燃料添加手段とは異なる燃料添加手段とを備える、請求項8に記載の内燃機関の排気浄化装置。The oxygen concentration reducing means includes an oxidation catalyst disposed in a passage through which the exhaust gas taken out from the exhaust gas passage passes, and a fuel addition means different from the fuel addition means for adding fuel upstream of the oxidation catalyst. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 8, further comprising:
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