JP2005256632A

JP2005256632A - Exhaust emission control system

Info

Publication number: JP2005256632A
Application number: JP2004065862A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsuoka; 寛松岡
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-03-09
Also published as: JP4351091B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control system for purifying exhaust gas by effectively reducing NO<SB>x</SB>in exhaust gas and oxidizing particulate matters well. <P>SOLUTION: This exhaust emission control system has an NO<SB>x</SB>reduction catalyst 20 located upstream of an exhaust passage; two kinds of oxidation catalysts 14 and a filter catalyst 21 located downstream; an injection valve 22 for injecting hydrocarbon-based fuel serving as a reducing agent upstream of the NO<SB>x</SB>reduction catalyst 20; and a controller 30 for controlling the injection quantity of the injection valve 22 in response to information on an exhaust gas temperature, exhaust gas flow and NO<SB>x</SB>concentration. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は，エンジン，特に，ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯ_X）を還元反応させると共に粒子状物質（ＰＭ）を酸化反応させて排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムに関する。 The present invention relates to exhaust gas purification that purifies exhaust gas by reducing nitrogen oxide (NO _x ) contained in exhaust gas discharged from an engine, particularly diesel engine, and oxidizing particulate matter (PM). About the system.

エンジン，特に，ディーゼルエンジンは，軽油，天然ガス，重油等を燃料としてディーゼル燃焼させるものであるが，シリンダ内に導入した空気をピストンで圧縮し，高温高圧の空気に燃料を噴射して燃焼させるものである。従って，ディーゼルエンジンは，極めて短い時間に燃料と空気とを混合させなければならず，燃料と空気との均一な混合が難しく，燃料が過濃となった部分を中心に粒子状物質（ＰＭ）が多く発生する。ディーゼルエンジンは，空気と燃料との混合が悪いため，理論空燃比で燃焼させることが難しく，空気過剰率になって排気ガス中には燃焼に寄与しなかった多くの酸素が存在している。従って，ディーゼルエンジンは，排気ガス中に多くの酸素が存在しているため，ガソリンエンジンに用いられるＮＯ_Xを低減する三元触媒方式による排気ガス浄化装置を用いることができない。そこで，ディーゼルエンジンでは，上記の有害物質を含む排気ガスを浄化するため，燃料噴射圧力を高圧化し，短時間に均一な混合気を生成させる試みが行われているが，ガソリンエンジンに比較すると，排気ガスには有害物質が多く含まれている。 Engines, especially diesel engines, use diesel oil, natural gas, heavy oil, etc. as fuel for diesel combustion, but the air introduced into the cylinder is compressed by a piston, and fuel is injected into high-temperature and high-pressure air for combustion. Is. Therefore, diesel engines have to mix fuel and air in an extremely short time, and it is difficult to uniformly mix fuel and air. Particulate matter (PM) is mainly used in the areas where fuel is excessively concentrated. Occur frequently. Diesel engines are difficult to burn at the stoichiometric air-fuel ratio due to poor mixing of air and fuel, and there is a lot of oxygen that has not contributed to combustion in the exhaust gas due to the excess air ratio. Therefore, since a large amount of oxygen is present in the exhaust gas in the diesel engine, it is not possible to use a three-way catalyst type exhaust gas purification device that reduces NO _x used in the gasoline engine. Therefore, in diesel engines, attempts have been made to increase the fuel injection pressure and generate a uniform mixture in a short time in order to purify the exhaust gas containing the harmful substances described above. Exhaust gas contains a lot of harmful substances.

一方，排気ガスを浄化するため，ＮＯ_Xに関してアンモニアを用いる脱硝システムが知られている。該脱硝システムは，車両では安全な尿素水を用いて，後処理装置によって尿素からアンモニアを生成し，そのアンモニアによりＮＯ_Xの酸素を還元する選択還元システムが有効である。しかしながら，該ＮＯ_X浄化システムは，燃料以外の物質を定期的に補給する必要があり，エンジンを搭載した車両では，燃料以外の物質を補給するためのシステム，即ちインフラが必要であって実用化が困難であり，しかも装置そのものも高価なものになるという問題がある。また，車両用の排気ガス浄化装置として，アンモニアの代わりに軽油を還元剤として用いるＮＯ_X低減装置の開発が行われているが，装置そのものが複雑になるわりにはＮＯ_X低減率が低く，実用化されていないのが現状である。 On the other hand, a denitration system that uses ammonia for NO _x to purify exhaust gas is known. The denitration system in a vehicle using a safe aqueous urea to generate ammonia from urea by the post-processing device, a selective reduction system for reducing the oxygen of the NO _X by the ammonia is effective. However, the NO _x purification system needs to be regularly replenished with substances other than fuel, and a vehicle equipped with an engine requires a system for replenishing substances other than fuel, that is, an infrastructure and is put to practical use. However, there is a problem that the device itself is expensive. Further, as the exhaust gas purifying device for a vehicle, instead of ammonia, but the development of the NO _X reduction apparatus using the light oil as the reducing agent is being carried out, in spite of the device itself is complicated low NO _X reduction rate, practical The current situation is that it has not been realized.

また，排気ガス浄化装置では，排気ガス中のＮＯ_Xを低減すると共に，粒子状物質（ＰＭ）を低減することが重要である。排気ガス中のＰＭを低減する排気ガス浄化装置は，各種のものが実用化されており，代表的なものとしてコージライト製ハニカムを互い違いに目封した構造に形成し，ハニカム構造体の壁面でＰＭを捕集し，壁面に担持している触媒によって燃焼させるものが知られている。しかしながら，ディーゼルエンジンでは，ガソリンエンジンに比較して排気ガス温度が低温であるため，排気ガス温度が触媒活性温度域に上がる頻度が少なく，触媒によりＰＭを浄化することが不十分であり，ハニカム構造体の詰まり現象が発生するトラブルがある。一般に，ディーゼルエンジンでは，触媒を用いて連続してＰＭを燃焼させて排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置は，排気ガスが高温である高速走行では良好であるが，排気ガスが低温になる市街地走行ではハニカム構造体の詰まりによるトラブルが発生するのが現状である。 Also, in the exhaust gas purifying apparatus, while reducing the NO _X in the exhaust gas, it is important to reduce particulate matter (PM). Various types of exhaust gas purification devices that reduce PM in exhaust gas have been put into practical use. As a typical example, cordierite honeycombs are formed in a alternately sealed structure, and the honeycomb structure has a wall surface. One that collects PM and burns it with a catalyst carried on a wall surface is known. However, in a diesel engine, the exhaust gas temperature is lower than that in a gasoline engine, so the exhaust gas temperature is less likely to rise to the catalytic activation temperature range, and it is not sufficient to purify PM by the catalyst, and the honeycomb structure There is a problem that causes clogging. In general, in a diesel engine, an exhaust gas purifying device that purifies exhaust gas by continuously burning PM using a catalyst is good for high-speed running where the exhaust gas is at a high temperature, but in an urban area where the exhaust gas is at a low temperature. Currently, troubles due to clogging of the honeycomb structure occur during traveling.

また，排気ガス浄化装置として，セラミックスフイルタでＰＭを捕集し，捕集したＰＭを定期的に電気エネルギを用いて強制的に燃焼させるシステムが実用化されているが，装置そのものが複雑で高価なため，多くの車両に安価に搭載することが難しいのが現状である。また，ディーゼルエンジンでは，後処理装置に要求される特性は，ＮＯ_XとＰＭとの両方とも低減できる装置であり，一方のみが低減されても実用上は好ましくなく，排気ガス浄化装置として採用することは好ましくない。排気ガス浄化装置では，ＮＯ_XとＰＭとを同時に低減する装置としては，触媒を担持させたコージライト製ハニカム構造体の表面にＰＭとＮＯ_Xを吸着させ，瞬間的に燃料を過濃にしてＮＯ_Xを還元し，同時にＰＭも燃焼させるシステムが開発されているが，エンジンの制御が複雑になり，多種多様の使用状態では，ＰＭによる詰まり現象が発生し，試験的に販売されているに留まっているのが現状である。 Moreover, as an exhaust gas purification device, a system that collects PM with a ceramics filter and forcibly burns the collected PM using electrical energy on a regular basis has been put into practical use, but the device itself is complicated and expensive. For this reason, it is difficult to mount it on many vehicles at low cost. Further, in diesel engines, characteristics required for the post-processing device is a device capable of reducing both the NO _X and PM, practically not preferable even only one is reduced is employed as an exhaust gas purifying device That is not preferable. In the exhaust gas purifying device, as a device for simultaneously reducing NO _x and PM, PM and NO _x are adsorbed on the surface of a cordierite honeycomb structure carrying a catalyst, and the fuel is instantly made rich. A system that reduces NO _x and burns PM at the same time has been developed, but the engine control becomes complicated, and clogging occurs due to PM under various usage conditions, and it is sold on a trial basis. The current situation remains.

従来，ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置として，粒子状物質やＮＯ_Xを低減するものが知られている。該排気ガス浄化装置は，ディーゼルエンジンの排気通路の途中に，排気ガスの流れに対し，上流側から酸化触媒，排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフイルタ及びＮＯ_X触媒を直列に設けると共に，パティキュレートフイルタとＮＯ_X触媒との間に，排気ガス中のＮＯ_Xを還元するための添加剤を噴射する添加装置を設けたものである（例えば，特許文献１参照）。 Conventionally, as an exhaust gas purification device for a diesel engine, there is known to reduce the particulate matter and NO _X. Exhaust gas purifying device, in an intermediate portion of an exhaust passage of a diesel engine, to the flow of exhaust gas, an oxidation catalyst from the upstream side, with the particulate filter and NO _X catalyst trapping particulate in the exhaust gas is provided in series , An addition device for injecting an additive for reducing NO _x in the exhaust gas is provided between the particulate filter and the NO _x catalyst (see, for example, Patent Document 1).

また，浄化機能を運転条件によらずに再生させる排気ガス浄化装置が知られている。該排気ガス浄化装置は，基幹通路，該基幹通路に接続された環状通路と，基幹通路と環状通路との接続部分に設けられ且つ排気ガスの経路を変更するための切替弁を含む経路変更部とを備えている。環状通路には，排気ガス中に含まれる含炭素微粒子とＮＯ_Xとを浄化する浄化部が設けられ，下流側の部分基幹通路には，排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを浄化する浄化部が設けられている。浄化ユニットは，２つの浄化部の浄化機能を再生させるための還元剤を部分環状通路内に供給する還元剤噴射ノズルを備えている（例えば，特許文献２参照）。
特開２０００−１９９４２３号公報特開２００３−４１９２７号公報 There is also known an exhaust gas purification device that regenerates the purification function regardless of the operating conditions. The exhaust gas purification apparatus includes a main passage, an annular passage connected to the main passage, and a path change unit including a switching valve provided at a connection portion between the main passage and the annular passage and for changing the exhaust gas path. And. The annular passage, the purification unit is provided to purify the carbon-containing particulates and NO _X contained in the exhaust gas, the partial trunk passage downstream, purifying unit for purifying NO _X contained in the exhaust gas Is provided. The purification unit includes a reducing agent injection nozzle that supplies a reducing agent for regenerating the purification function of the two purification sections into the partial annular passage (for example, see Patent Document 2).
JP 2000-199423 A JP 2003-41927 A

しかしながら，従来の排気ガス浄化装置は，構造そのもの，制御システム等が複雑であったり，また，複雑な構造であるため製造が容易ではなく，製造コストが高価である等の問題を有していた。 However, conventional exhaust gas purification devices have problems such as complicated structure, control system, etc., and complicated structure, which makes it difficult to manufacture and high manufacturing cost. .

この発明の目的は，上記の問題を解決するため，エンジンからの排気ガスを排出する排気通路に容易に取り付けることができるものであり，一体構造のキットに構成され，新車のエンジン又は既存車のエンジンの排気管にも容易に取り付けることができ，ＮＯ_X還元に必要な還元剤として燃料タンクから炭化水素系燃料を取り出し，該炭化水素系燃料を排気ガス温度と排気ガス中に含まれるＮＯ_X濃度に適した燃料流量だけＮＯ_X還元触媒の上流の噴射弁から排気通路に噴射してＮＯ_Xを還元浄化すると共に，ＮＯ_X還元触媒の後流に順次設けた２種の酸化触媒で排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を酸化反応させて排気ガスを浄化させる排気ガス浄化システムを提供することである。 In order to solve the above problems, the object of the present invention is to be easily attached to an exhaust passage for exhausting exhaust gas from an engine. can also be easily attached to the exhaust pipe of an engine, taking out a hydrocarbon-based fuel from the fuel tank as a reducing agent necessary to the NO _X reduction, NO _X contained a hydrocarbon-based fuel in the exhaust gas and the exhaust gas temperature NO _x is reduced and purified by injecting into the exhaust passage from the injection valve upstream of the NO _x reduction catalyst at a fuel flow rate suitable for the concentration, and the exhaust gas is exhausted by two types of oxidation catalysts that are sequentially provided downstream of the NO _x reduction catalyst. An exhaust gas purification system for purifying exhaust gas by oxidizing a particulate matter (PM) contained therein is provided.

この発明は，エンジンから排気通路を通じて排出される排気ガスに含まれる有害物質を反応除去して前記排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムにおいて，前記排気通路における上流側に配置されて排気ガス中のＮＯ_Xを還元反応させるＮＯ_X還元触媒，該ＮＯ_X還元触媒の下流側に順次配置されて排気ガス中の粒子状物質を酸化反応させる２種類の酸化触媒，前記排気通路における前記ＮＯ_X還元触媒の上流に配置されてＮＯ_Xと反応させる炭化水素系燃料を前記排気通路に噴射する噴射弁，並びに排気ガス温度，排気ガス流量及びＮＯ_X濃度の情報に応答して前記噴射弁の噴射量を制御するコントローラ，を有することを特徴とする排気ガス浄化システムに関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification system for purifying the exhaust gas by reacting and removing harmful substances contained in the exhaust gas discharged from the engine through the exhaust passage, and is disposed on the upstream side of the exhaust passage. NO _X reduction catalyst for reduction reaction NO _X, 2 types of oxidation catalyst for the oxidation reaction of the particulate matter in the exhaust gas are successively arranged downstream of the NO _X reduction catalyst, the NO _X reduction catalyst in the exhaust passage And an injection valve that injects hydrocarbon-based fuel that reacts with NO _x into the exhaust passage, and the injection amount of the injection valve in response to information on the exhaust gas temperature, the exhaust gas flow rate, and the NO _x concentration The present invention relates to an exhaust gas purification system having a controller for controlling.

前記ＮＯ_X還元触媒は，セラミックス製又は金属製ハニカム構造体，或いはセラミックス製繊維又は金属製ワイヤをランダムに重ねたり編んだりしたフイルタ構造体で構成され，前記ＮＯ_X還元触媒には前記炭化水素系燃料によるＮＯ_X選択還元を行うため少なくとも２種類の触媒が担持されている。また，この排気ガス浄化システムは，前記ＮＯ_X還元触媒には，銀及び／又はコバルトの触媒が担持されているか，或いはＺｎ−Ｇａ−Ａｌ−Ｏのスピネル構造を有する触媒が担持されている。 The NO _X reduction catalyst is composed of a ceramic or metal honeycomb structure, or a filter structure in which ceramic fibers or metal wires are randomly stacked or knitted, and the NO _X reduction catalyst includes the hydrocarbon-based catalyst. At least two types of catalysts are supported to perform NO _x selective reduction with fuel. In this exhaust gas purification system, the NO _x reduction catalyst carries a catalyst of silver and / or cobalt or a catalyst having a spinel structure of Zn—Ga—Al—O.

前記２種類の酸化触媒は，少なくとも未燃燃料やＳＯＦの粒子状物質を酸化反応させるセラミックス製又は金属製ハニカム構造体と，少なくともスートの粒子状物質を捕集して酸化反応させるセラミックス製繊維又は金属製ワイヤをランダムに重ねたり編んだりしたフイルタ構造体或いはセラミックス製ハニカムのウォールフロー構造体とから構成され，前記ハニカム構造体は前記フイルタ構造体又はウォールフロー構造体の上流に配置されている。また，前記ハニカム構造体には白金，パラジウム，マンガン，銅及びニッケルの少なくとも１種が担持されており，また，前記フイルタ構造体及び前記ウォールフロー構造体にはカリウム，リチウム，ナトリウム等のアルカリ金属類及びその化合物の少なくとも１種が担持されている。 The two kinds of oxidation catalysts include a ceramic or metal honeycomb structure that oxidizes at least unburned fuel and SOF particulate matter, and a ceramic fiber that collects and oxidizes at least soot particulate matter. It is composed of a filter structure in which metal wires are randomly stacked or knitted or a wall flow structure of a ceramic honeycomb, and the honeycomb structure is disposed upstream of the filter structure or the wall flow structure. The honeycomb structure carries at least one of platinum, palladium, manganese, copper, and nickel, and the filter structure and the wall flow structure include alkali metals such as potassium, lithium, and sodium. And at least one of its compounds is supported.

この排気ガス浄化システムは，前記ＮＯ_X還元触媒の上流の前記排気通路には，前記排気ガス中の未燃燃料，ＳＯＦ等の前記有害物質を酸化反応させる酸化反応器が配置されている。 In this exhaust gas purification system, an oxidation reactor that oxidizes the harmful substances such as unburned fuel and SOF in the exhaust gas is disposed in the exhaust passage upstream of the NO _x reduction catalyst.

前記コントローラは，前記ＮＯ_X濃度の情報を前記排気通路に配置されたＮＯ_X濃度センサにより検出されたＮＯ_X濃度，又はエンジン回転速度と負荷とを基にして予測されたＮＯ_X排出量によるＮＯ_X濃度で決定し，前記ＮＯ_X濃度に応答して前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射量を制御する。 Wherein the controller, NO by the NO _X concentration NO _X concentration information detected by the NO _X concentration sensor disposed in the exhaust passage, or the engine rotational speed and load and NO _X emissions predicted based on determined by _X concentration, to control the injection amount of the hydrocarbon-based fuel from the injection valve in response to the NO _X concentration.

前記コントローラは，前記ＮＯ_X還元触媒の上流と下流の前記排気通路にそれぞれ配置されたＮＯ_X濃度センサによるＮＯ_X濃度によって得られたＮＯ_X低減量に応答して前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射量を制御する。 Said controller, said hydrocarbons from said injection valve in response to the NO _X NO _X reduction amount obtained by the NO _X concentration by the upstream and downstream NO _X concentration sensor disposed respectively on the exhaust passage of the reduction catalyst The injection amount of the system fuel is controlled.

前記コントローラは，前記排気ガス流量を前記排気通路に設けられた絞り又はノズルの部位で得られた圧力差と温度センサによる前記排気ガス温度とから求め，前記排気ガス流量に前記ＮＯ_X濃度を乗じてＮＯ_X排出質量を求め，前記ＮＯ_X排出質量に対応した予め決められた所定の流量の前記炭化水素系燃料を前記噴射弁から噴射する制御をする。 Wherein the controller, the calculated exhaust gas flow rate from the exhaust gas temperature due to the pressure difference and the temperature sensor, obtained at the site of the aperture or nozzle provided in the exhaust passage, by multiplying the NO _X concentration in the exhaust gas flow rate Then, the NO _x emission mass is obtained, and control is performed to inject the hydrocarbon fuel at a predetermined flow rate corresponding to the NO _x emission mass from the injection valve.

前記コントローラは，温度センサで測定された前記排気ガス温度が予め決められた所定の排気ガス温度以上である状態が予め決められた所定の時間以上経過したことに応答して前記噴射弁から前記炭化水素系燃料を噴射し，前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射は，前記所定の排気ガス温度以下に低下して前記所定の時間経過後に停止させる制御をする。 The controller responds to the carbonization from the injection valve in response to a state in which the exhaust gas temperature measured by the temperature sensor is equal to or higher than a predetermined exhaust gas temperature exceeding a predetermined predetermined time. Control is performed to inject hydrogen-based fuel and to stop the injection of the hydrocarbon-based fuel from the injection valve after the predetermined time elapses after the temperature drops below the predetermined exhaust gas temperature.

前記コントローラは，前記エンジンが自然吸気タイプである場合に，回転速度と排気量とから吸入空気量を算出し，前記吸入空気量に前記ＮＯ_X濃度を乗じて算出されたＮＯ_X排出質量に対して，前記噴射弁から前記炭化水素系燃料を予め決められた所定の割合の噴射量だけ噴射させる制御をする。 When the engine is a naturally aspirated type, the controller calculates an intake air amount from the rotational speed and the exhaust amount, and multiplies the intake air amount by the NO _X concentration to calculate the NO _X exhaust mass. Thus, control is performed to inject the hydrocarbon-based fuel from the injection valve by a predetermined predetermined injection amount.

前記コントローラは，前記エンジンが過給機付きタイプである場合に，回転速度及び前記過給機の下流の吸気温度及び／又は排気ガス圧力と排気量とから吸入空気量を算出し，前記吸入空気量に前記ＮＯ_X濃度を乗じて算出されたＮＯ_X排出質量に対して，前記噴射弁から前記炭化水素系燃料を予め決められた所定の割合の噴射量だけ噴射させる制御をする。 When the engine is of a supercharger type, the controller calculates an intake air amount from a rotational speed and an intake air temperature and / or exhaust gas pressure downstream of the supercharger and an exhaust amount, and the intake air against NO _X emissions mass calculated by multiplying the NO _X concentration to the amount, the control for injecting only the injection quantity of a predetermined rate to a predetermined said hydrocarbon fuel from said injection valve.

前記コントローラは，前記排気ガス温度に応答して前記ＮＯ_X排出質量に対する前記噴射弁から噴射される前記炭化水素系燃料の質量の比率を制御する。 The controller controls the ratio of the mass of the hydrocarbon fuel injected from the injection valve to the NO _x emission mass in response to the exhaust gas temperature.

前記コントローラは，最上流又は少なくとも前記フイルタ触媒の上流に設けられた圧力センサによる排気ガス圧，圧力差及び前記排気ガス温度から算出された前記排気ガス流量から詰まり状態を判定し，予め決められた温度域で前記噴射弁から前記炭化水素系燃料を噴射し，触媒領域の温度又は前記排気ガス温度を上昇させる制御をする。 The controller determines the clogging state from the exhaust gas flow rate calculated from the exhaust gas pressure, the pressure difference and the exhaust gas temperature by a pressure sensor provided at the most upstream or at least upstream of the filter catalyst, and is determined in advance. Control is performed to inject the hydrocarbon-based fuel from the injection valve in the temperature range to increase the temperature of the catalyst region or the exhaust gas temperature.

前記コントローラは，前記触媒の上下流で設けられた温度センサによる温度差と前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射量とから燃焼状態を確認し，燃焼状態でないことを確認すると，前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射を停止させる制御をする。 The controller confirms a combustion state from a temperature difference between temperature sensors provided upstream and downstream of the catalyst and an injection amount of the hydrocarbon-based fuel from the injection valve. Control is performed to stop the injection of the hydrocarbon fuel from the valve.

この排気ガス浄化装置は，上記のように構成されているので，構造そのもの及び制御そのものが簡単であって，既存車のエンジンや新車のエンジンの排気通路に対して容易に組み込むことができ，コントローラが排気ガス温度，排気ガス流量及びＮＯ_X濃度の情報に応答して排気ガス中に含まれるＮＯ_Xの還元剤である炭化水素系燃料を燃料タンクから分流させて適正な流量だけ噴射弁より噴射し，ＮＯ_Xを還元すると共に，ＮＯ_X触媒の後流に設けた２種の酸化触媒で排気ガス中に含まれる未燃燃料，ＳＯＦ，カーボン，スート等の粒子状物質（ＰＭ）を酸化反応させて排気ガスを浄化する。 Since this exhaust gas purification device is configured as described above, the structure itself and the control itself are simple, and can be easily incorporated into the exhaust passage of an engine of an existing car or an engine of a new car. Responds to the information of exhaust gas temperature, exhaust gas flow rate and NO _x concentration, and diverts the hydrocarbon fuel, which is the reducing agent of NO _x contained in the exhaust gas, from the fuel tank and injects an appropriate flow rate from the injection valve and, with the reduction of NO _X, unburned fuel contained in the exhaust gas by the oxidation catalyst of the two provided streams after of the NO _X catalyst, oxidation reaction SOF, carbon, particulate matter such as soot and (PM) To purify the exhaust gas.

以下，図面を参照して，この発明による排気ガス浄化システムの一実施例を説明する。この排気ガス浄化システムは，例えば，自動車のエンジン，特にディーゼルエンジンから排出される排気ガスを浄化するのに適用される。この排気ガス浄化システムは，エンジンから排気管等の排気通路１８を通じて排出される排気ガスに含まれるＮＯ_X（窒素酸化物）を還元反応させると共に，ＰＭ（粒子状物質）を酸化反応させて排気ガスを浄化するものであり，排気通路１８の適宜の場所，例えば，マフラの上流側又は下流側の排気通路１８に，一体構造のキット等として容易に組み込むことができるものである。 Hereinafter, an embodiment of an exhaust gas purification system according to the present invention will be described with reference to the drawings. This exhaust gas purification system is applied, for example, to purify exhaust gas discharged from an automobile engine, particularly a diesel engine. In this exhaust gas purification system, NO _x (nitrogen oxide) contained in the exhaust gas discharged from the engine through an exhaust passage 18 such as an exhaust pipe is reduced and exhausted by oxidizing PM (particulate matter). It purifies the gas and can be easily incorporated as an integral structure kit or the like in an appropriate location of the exhaust passage 18, for example, the exhaust passage 18 upstream or downstream of the muffler.

この排気ガス浄化システムは，特に，エンジンから排気通路１８を通じて排出される排気ガスに含まれる有害物質を反応除去して排気ガスを浄化するものであり，排気通路１８における上流側のＮＯ_X還元触媒２０，及びＮＯ_X還元触媒２０の下流側の２種の酸化触媒としての酸化触媒１４とフイルタ触媒２１（図１），３４（図２），３５（図３）から成る総計で３種類の触媒を排気通路１８に直列に配置し，ＮＯ_X還元触媒２０の上流にＮＯ_Xと反応させる還元剤としての炭化水素系燃料を噴射する噴射弁２２を配置したことを特徴としている。特に，コントローラ３０は，排気ガス温度，排気ガス流量及びＮＯ_X濃度の情報に応答して噴射弁２２からの炭化水素系燃料の適正な噴射量を制御し，排気ガス中のＮＯ_Xを還元すると共に，ＰＭを酸化反応させて排気ガスを浄化することを特徴とする。ＮＯ_X還元触媒２０は，排気ガス中のＮＯ_Xを還元反応させて排気ガスを浄化する。以下に説明する各実施例では，２種類の酸化触媒１４は，酸化触媒１４とフイルタ触媒２１，３４又は３５とを一体型の構造に構成したものでもよく又は別体型の構造に構成したものでもよいことは勿論である。酸化触媒１４は，少なくとも未燃燃料，ＳＯＦ（可溶性有機成分）等の粒子状物質を酸化反応させて排気ガスを浄化するものであり，大部分のスートを通過させる構造である。また，フイルタ触媒２１，３４，３５は，少なくともスート（すす）等の粒子状物質を捕集してそこで時間をかけて酸化反応させて排気ガスを浄化するものである。 The exhaust gas purification system, in particular, is intended to purify the exhaust gas of harmful substances contained in exhaust gas discharged from the engine through the exhaust passage 18 in response removed, the upstream side of the exhaust passage 18 NO _X reduction catalyst 20 and the NO _x reduction catalyst 20 downstream of the oxidation catalyst 14 as an oxidation catalyst 14 and a filter catalyst 21 (FIG. 1), 34 (FIG. 2), 35 (FIG. 3) in total three types of catalyst Are arranged in series in the exhaust passage 18 and an injection valve 22 for injecting a hydrocarbon-based fuel as a reducing agent to be reacted with NO _X is arranged upstream of the NO _X reduction catalyst 20. In particular, the controller 30 controls the proper injection amount of the hydrocarbon-based fuel from the injection valve 22 in response to information on the exhaust gas temperature, the exhaust gas flow rate, and the NO _X concentration, and reduces NO _X in the exhaust gas. At the same time, the exhaust gas is purified by oxidizing the PM. NO _X reduction catalyst 20 for purifying the exhaust gas NO _X in the exhaust gas by reduction reaction. In each of the embodiments described below, the two types of oxidation catalyst 14 may be one in which the oxidation catalyst 14 and the filter catalyst 21, 34, or 35 are configured in an integral structure, or may be configured in a separate structure. Of course it is good. The oxidation catalyst 14 purifies exhaust gas by oxidizing at least particulate matter such as unburned fuel and SOF (soluble organic component), and has a structure that allows most soot to pass through. The filter catalysts 21, 34, and 35 collect at least particulate matter such as soot, and purify the exhaust gas by oxidizing it over time.

図１を参照して，この発明による排気ガス浄化システムの第１実施例を説明する。第１実施例では，この排気ガス浄化システムは，排気通路１８に接続されるキットを構成する金属製ケース１，ケース１内に収容された上流側のＮＯ_Xを還元反応させる機能を持つＮＯ_X還元触媒２０，下流側に設けられた未燃燃料，ＳＯＦ等のＰＭを酸化反応させる機能を持つ酸化触媒１４，酸化触媒１４の下流側に設けられたスート等のＰＭを一旦捕集してそこで時間をかけて酸化反応させる機能を持つフイルタ触媒２１，ＮＯ_X還元触媒２０の上流側の排気通路１８に設けたケース１の入口部４に配置された噴射弁２２，及び噴射弁２２の燃料噴射量を制御するためのコントローラ３０から構成されている。第１実施例では，ケース１の入口部４及び出口部９は，縮径に形成されているが，必ずしも縮径に形成することなく，排気通路１８の排気管のサイズに合わせた適正な形状に構成できることは勿論である。 A first embodiment of an exhaust gas purification system according to the present invention will be described with reference to FIG. In the first embodiment, the exhaust gas purification system, the metal case 1 constituting the kit is connected to the exhaust passage 18, NO _X having a function of reducing reaction of NO _X in the contained upstream in the casing 1 The reduction catalyst 20, the unburned fuel provided on the downstream side, the oxidation catalyst 14 having a function of oxidizing PM such as SOF, and the PM such as the soot provided downstream of the oxidation catalyst 14 are temporarily collected there. A filter catalyst 21 having a function of causing an oxidation reaction over time, an injection valve 22 disposed in the inlet 4 of the case 1 provided in the exhaust passage 18 on the upstream side of the NO _x reduction catalyst 20, and fuel injection of the injection valve 22 It comprises a controller 30 for controlling the amount. In the first embodiment, the inlet portion 4 and the outlet portion 9 of the case 1 are formed to have a reduced diameter, but are not necessarily formed to have a reduced diameter, and have an appropriate shape according to the size of the exhaust pipe of the exhaust passage 18. Of course, it can be configured as follows.

ＮＯ_X還元触媒２０の上流側の排気通路１８の入口部４には，排気ガス中のＮＯ_Xの濃度を測定するＮＯ_X濃度センサ２３，排気ガスの温度を測定する温度センサ２４，及び排気ガスの圧力値を測定するための圧力センサ２７が設けられている。また，ＮＯ_X還元触媒２０の下流側の排気通路１８の出口部９には，温度センサ１９，絞り又はノズル１６の部位に差圧計５が設けられている。また，ＮＯ_X濃度センサ２３とＮＯ_X濃度センサ４４との差によってＮＯ_X低減量が測定できる。また，回転センサ３３はエンジンに対して設けられ，車内モニタ３２は車内に設けられ，噴射弁２２に噴射される炭化水素系燃料の噴射量は，燃料噴射量センサ２６によって検出される。コントローラ３０には，ＮＯ_X濃度センサ２３，温度センサ１９，２４，圧力センサ２７，差圧計５，回転センサ３３，車内モニタ３２及び燃料噴射量センサ２６からの各信号即ち情報が入力されるように構成されている。また，燃料ポンプ２５は，噴射弁２２に供給管３１を通じて送り込むように作動され，炭化水素系燃料は，車両の燃料タンク２８からエンジンへ燃料を供給する燃料配管４２から分岐管２９によって分岐された供給管３１を通じて噴射弁２２に供給される。第１実施例では，フイルタ触媒２１としてはセラミックスや金属材料から成るハニカム構造体で構成されている。図１では，噴射弁２２が設けられた排気通路１８の領域が縮径に形成されているが，必ずしも縮径である必要はなく，ケース１や排気管を考慮したサイズに形成されてもよいものである。 An NO _x concentration sensor 23 that measures the concentration of NO _{x in} the exhaust gas, a temperature sensor 24 that measures the temperature of the exhaust gas, and an exhaust gas are disposed at the inlet 4 of the exhaust passage 18 upstream of the NO _x reduction catalyst 20. A pressure sensor 27 for measuring the pressure value is provided. In addition, a differential pressure gauge 5 is provided at the outlet 9 of the exhaust passage 18 on the downstream side of the NO _x reduction catalyst 20 at the site of the temperature sensor 19, throttle or nozzle 16. Further, NO _X reduction amount by the difference between the NO _X concentration sensor 23 and the NO _X concentration sensor 44 can be measured. The rotation sensor 33 is provided for the engine, the in-vehicle monitor 32 is provided in the vehicle, and the fuel injection amount of the hydrocarbon fuel injected to the injection valve 22 is detected by the fuel injection amount sensor 26. Each signal, that is, information from the NO _x concentration sensor 23, the temperature sensors 19 and 24, the pressure sensor 27, the differential pressure gauge 5, the rotation sensor 33, the in-vehicle monitor 32, and the fuel injection amount sensor 26 is input to the controller 30. It is configured. Further, the fuel pump 25 is operated so as to be fed into the injection valve 22 through the supply pipe 31, and the hydrocarbon fuel is branched by the branch pipe 29 from the fuel pipe 42 for supplying fuel from the fuel tank 28 of the vehicle to the engine. The fuel is supplied to the injection valve 22 through the supply pipe 31. In the first embodiment, the filter catalyst 21 is composed of a honeycomb structure made of ceramics or a metal material. In FIG. 1, the area of the exhaust passage 18 provided with the injection valve 22 is formed with a reduced diameter. However, the area does not necessarily have to be reduced, and may be formed in a size that takes into account the case 1 and the exhaust pipe. Is.

この排気ガス浄化システムでは，ＮＯ_X還元触媒２０は，銀及び／又はコバルトの触媒が担持されているか，或いはＺｎ−Ｇａ−Ａｌ−Ｏのスピネル構造を有する触媒が担持されているものである。また，酸化触媒１４は，例えば，セラミックス製又は金属製ハニカム構造体であり，上流側の酸化触媒１４が金属製ハニカム２であり，Ｐｔ（白金），Ｐｄ（パラジウム），Ｍｎ（マンガン），Ｃｕ（銅），Ｎｉ（ニッケル）の少なくとも１種の触媒が担持されている。また，下流側のフイルタ触媒２１（図１），３４（図２）又は３５（図３）には，酸化触媒として，Ｋ（カリウム），Ｌｉ（リチウム），Ｎａ（ナトリウム）等のアルカリ金属類及びその化合物の少なくとも１種が担持されている。また，この排気ガス浄化システムでは，ＮＯ_X還元触媒２０は，例えば，セラミックス製又は金属製ハニカム構造体，或いはセラミックス製繊維又は金属製ワイヤをランダムに重ねたり編んだりしたフイルタ構造体である。また，フイルタ触媒２１，３４又は３５は，例えば，セラミックス繊維又は金属製ワイヤをランダムに重ねたり編んだりしたフイルタ構造体又はセラミックス製ハニカムのウォールフロー構造体である。ウォールフロー構造体は，ハニカムの薄い壁を排気ガスが通り抜けて排気ガスを濾過するタイプのフイルタ構造体のことである。この排気ガス浄化システムでは，フイルタ触媒２１，３４又は３５を構成するフイルタ構造体は，表面積をアップさせ，厚みを低減したものがコンパクト化に好ましいので，例えば，円形多段構造，蛇腹状構造，金網をドーナツ状に巻き上げた構造，金網と波板とを複合させた構造，円盤型に巻き上げた構造等に構成することができる。また，ＮＯ_X還元触媒２０，酸化触媒１４，及びフイルタ触媒２１，３４，３５を構成する材料は，鉄，クロム，アルミニウム，銅，亜鉛，錫，それらの合金が使用され，排気ガスに対する腐食等を避けるためには，アルミナ等で被覆することが好ましく，或いは，セラミックスを使用できるものである。 In this exhaust gas purification system, the NO _x reduction catalyst 20 carries a catalyst of silver and / or cobalt or a catalyst having a spinel structure of Zn—Ga—Al—O. The oxidation catalyst 14 is, for example, a ceramic or metal honeycomb structure, and the upstream oxidation catalyst 14 is the metal honeycomb 2, and Pt (platinum), Pd (palladium), Mn (manganese), Cu At least one catalyst of (copper) and Ni (nickel) is supported. Further, the downstream filter catalyst 21 (FIG. 1), 34 (FIG. 2) or 35 (FIG. 3) has an alkali metal such as K (potassium), Li (lithium), or Na (sodium) as an oxidation catalyst. And at least one of the compounds is supported. In this exhaust gas purification system, the NO _x reduction catalyst 20 is, for example, a ceramic or metal honeycomb structure, or a filter structure in which ceramic fibers or metal wires are randomly stacked or knitted. The filter catalyst 21, 34, or 35 is, for example, a filter structure in which ceramic fibers or metal wires are randomly stacked or knitted, or a wall flow structure of a ceramic honeycomb. The wall flow structure is a type of filter structure in which exhaust gas passes through a thin honeycomb wall and filters the exhaust gas. In this exhaust gas purification system, the filter structure constituting the filter catalyst 21, 34 or 35 has an increased surface area and a reduced thickness, which is preferable for compactness. For example, a circular multi-stage structure, a bellows-like structure, a wire mesh, etc. Can be configured in a donut-shaped structure, a structure in which a wire mesh and a corrugated sheet are combined, a structure wound in a disk shape, or the like. The NO _x reduction catalyst 20, the oxidation catalyst 14, and the filter catalysts 21, 34, and 35 are made of iron, chromium, aluminum, copper, zinc, tin, or an alloy thereof, and are corrosive to exhaust gas. In order to avoid this, it is preferable to coat with alumina or the like, or ceramics can be used.

また，酸化触媒１４は，例えば，図６〜図８に示す構造のものを使用できる。酸化触媒１４は，図６に示すように，金属製ハニカム２によって作製されている。金属製ハニカム２は，図７及び図８に示すように，平らな薄い金属平板１０と，金属平板１０に重ねられた凹凸の波状に折り曲げられた薄い金属波板１１とを螺旋状に巻き上げて形成された構造を有している。酸化触媒１４は，金属平板１０と金属波板１１との表面にそれぞれ担持されている。金属平板１０と金属波板１１とは，具体的には，図８に示すように，主成分をＦｅ（鉄）としてＡｌ（アルミニウム）やＣｒ（クロム）を含有する合金からなる金属芯板１２，金属芯板１２の両面にコーティングされたＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）等から成る被覆層１３，及び被覆層１３に多数担持された酸化触媒１４から構成されている。金属芯板１２の両面には，アルミナ等の被覆層１３が被覆されているので，排気ガスによる腐食が防止され，金属芯板１２が，例えば，Ａｌを含有していると，アルミナとの結合が良好になる。また，酸化触媒１４は，金属芯板１２に直接ではなく，アルミナ等の被覆層１３に担持し易いものである。 Moreover, the thing of the structure shown to FIGS. 6-8 can be used for the oxidation catalyst 14, for example. The oxidation catalyst 14 is made of the metal honeycomb 2 as shown in FIG. As shown in FIGS. 7 and 8, the metal honeycomb 2 is formed by spirally winding a flat thin metal flat plate 10 and a thin metal corrugated plate 11 folded on the metal flat plate 10 into a corrugated wave shape. It has a formed structure. The oxidation catalyst 14 is supported on the surfaces of the metal flat plate 10 and the metal corrugated plate 11, respectively. Specifically, the metal flat plate 10 and the metal corrugated plate 11 are, as shown in FIG. 8, a metal core plate 12 made of an alloy containing Al (aluminum) or Cr (chromium) with Fe (iron) as a main component. , A coating layer 13 made of Al ₂ O ₃ (alumina) or the like coated on both surfaces of the metal core plate 12, and a plurality of oxidation catalysts 14 supported on the coating layer 13. Since both surfaces of the metal core plate 12 are coated with a coating layer 13 such as alumina, corrosion due to exhaust gas is prevented, and if the metal core plate 12 contains, for example, Al, it is bonded to alumina. Will be better. Further, the oxidation catalyst 14 is easy to be supported on the coating layer 13 such as alumina, not directly on the metal core plate 12.

この排気ガス浄化システムは，金属製ハニカム２に担持された酸化触媒１４が粒子状物質（ＰＭ）の酸化作用を効率的に達成し，しかも酸化触媒１４そのものを安価にして低コストに作製するため，酸化触媒１４のうちＰｔの含有量が適正値に設定されている。酸化触媒１４は，金属製ハニカム２の占める１リットルの体積に対する分散されたＰｔの重量ｇ（グラム）で表すとすると，金属製ハニカム２に担持されている酸化触媒１４のうちＰｔの含有量（ｇ／リットル）は，０．７０ｇ／リットル〜１．５０ｇ／リットルの範囲であり，酸化反応の機能上では，０．７５ｇ／リットル以上の範囲に調整されていることが好ましい。図９には，酸化触媒１４としてのＰｔの含有量に対する排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）の低減率に及ぼす影響が示されている。図９に示すように，酸化触媒１４としてのＰｔの含有量が０．６ｇ／リットル程度では，排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）の低減率が２０％以下であるので，Ｐｔの含有量が０．７０ｇ／リットル程度は含有されていることが必要である。また，酸化触媒１４のうちでＰｔの含有量が多い方が，排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）の酸化反応を低温領域でも確実に促進できるが，ある範囲以上になると，粒子状物質（ＰＭ）の酸化反応の低減率がほぼ横ばいになるので，Ｐｔが無駄になることになる。従って，Ｐｔの含有量は，多くても１．５０ｇ／リットルであれば，所定の粒子状物質（ＰＭ）の低減率を確保できることになる。従って，この排気ガス浄化装置では，金属製ハニカム２に担持された酸化触媒１４のうちＰｔの含有量は，０．７５ｇ／リットル〜１．４５ｇ／リットルの範囲に調整することが好ましい。 In this exhaust gas purification system, the oxidation catalyst 14 supported on the metal honeycomb 2 efficiently achieves the oxidation action of the particulate matter (PM), and the oxidation catalyst 14 itself is inexpensive and manufactured at low cost. The content of Pt in the oxidation catalyst 14 is set to an appropriate value. Assuming that the oxidation catalyst 14 is expressed in terms of weight g (grams) of dispersed Pt with respect to the volume of 1 liter occupied by the metal honeycomb 2, the content of Pt in the oxidation catalyst 14 supported on the metal honeycomb 2 ( g / liter) is in the range of 0.70 g / liter to 1.50 g / liter, and is preferably adjusted to a range of 0.75 g / liter or more in view of the function of the oxidation reaction. FIG. 9 shows the influence on the reduction rate of particulate matter (PM) in the exhaust gas with respect to the content of Pt as the oxidation catalyst 14. As shown in FIG. 9, when the content of Pt as the oxidation catalyst 14 is about 0.6 g / liter, the reduction rate of particulate matter (PM) in the exhaust gas is 20% or less. Must be contained in an amount of about 0.70 g / liter. In addition, the oxidation catalyst 14 having a higher Pt content can surely accelerate the oxidation reaction of the particulate matter (PM) in the exhaust gas even in a low temperature range, but if it exceeds a certain range, the particulate matter ( Since the reduction rate of the oxidation reaction of (PM) is almost flat, Pt is wasted. Therefore, if the Pt content is at most 1.50 g / liter, a predetermined particulate matter (PM) reduction rate can be secured. Therefore, in this exhaust gas purification apparatus, it is preferable that the Pt content in the oxidation catalyst 14 supported on the metal honeycomb 2 is adjusted in the range of 0.75 g / liter to 1.45 g / liter.

この排気ガス浄化システムは，上記の構成において，金属製ハニカム２を構成する金属平板１０と金属波板１１とは，板厚が０．０２５ｍｍ〜０．０３５ｍｍの範囲，好ましくは，０．０２６ｍｍ〜０．０３４ｍｍの範囲に設定されている。金属製ハニカム２の金属平板１０と金属波板１１の板厚を上記のように設定することにより，金属製ハニカム２中で粒子状物質（ＰＭ）が酸化反応する場合に，熱伝導が良好になり，熱容量を大幅に小さく構成でき，金属製ハニカム２の全体にわたって粒子状物質（ＰＭ）の酸化反応に最適の温度範囲が確保されると共に均一な温度分布が確保され，即ち，排気ガス温度は酸化反応温度に対する応答性を高くでき，粒子状物質（ＰＭ）の酸化反応を良好に行うことができる。また，金属製ハニカム２の芯板１２を上記のように薄肉に形成することにより，酸化触媒１４の表面積を大きく形成することができ，粒子状物質（ＰＭ）の酸化反応を促進できる。更に，金属製ハニカム２は，コージライト製ハニカムに比較して，板厚を薄く形成することができるので，排気ガス流れの圧力損失を小さくできる。金属製ハニカム２について，排気ガスが金属平板１０と金属波板１１とで形成される開口１７を通過することになるが，金属平板１０と金属波板１１の板厚が薄く形成されているので，排気ガスが通過する開口率，即ち，単位面積あたりの開口１７の数即ちセル数（開口数／ｃｍ²）を大きく形成することができ，従って，排気ガスが触れる表面積が大きく形成できる。 In this exhaust gas purification system, in the above configuration, the metal flat plate 10 and the metal corrugated plate 11 constituting the metal honeycomb 2 have a plate thickness in the range of 0.025 mm to 0.035 mm, preferably 0.026 mm to The range is set to 0.034 mm. By setting the plate thickness of the metal flat plate 10 and the metal corrugated plate 11 of the metal honeycomb 2 as described above, heat conduction is improved when the particulate matter (PM) undergoes an oxidation reaction in the metal honeycomb 2. Thus, the heat capacity can be greatly reduced, and the optimum temperature range for the oxidation reaction of the particulate matter (PM) is ensured and the uniform temperature distribution is ensured throughout the metal honeycomb 2, that is, the exhaust gas temperature is Responsiveness to the oxidation reaction temperature can be increased, and the oxidation reaction of the particulate matter (PM) can be performed satisfactorily. Further, by forming the core plate 12 of the metal honeycomb 2 to be thin as described above, the surface area of the oxidation catalyst 14 can be increased, and the oxidation reaction of the particulate matter (PM) can be promoted. Furthermore, since the metal honeycomb 2 can be formed thinner than the cordierite honeycomb, the pressure loss of the exhaust gas flow can be reduced. In the metal honeycomb 2, the exhaust gas passes through the opening 17 formed by the metal flat plate 10 and the metal corrugated plate 11, but the plate thickness of the metal flat plate 10 and the metal corrugated plate 11 is thin. , The aperture ratio through which the exhaust gas passes, that is, the number of openings 17 per unit area, that is, the number of cells (numerical aperture / cm ² ), can be formed large.

図１０には，金属製ハニカム２のセル数が排気ガスの粒子状物質（ＰＭ）の低減率に及ぼす影響が示されている。この排気ガス浄化装置は，図１０に示すように，金属製ハニカム２のセル数は，４００セル〜６００セル，好ましくは，４５０セル〜５５０セルに形成することが好ましい。金属製ハニカム２のセル数を３００セル以下に設定すると，排気ガスが接する表面積が小さくなって排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）の低減率が下がり，また，金属製ハニカム２のセル数を６００セル以上に設定すると，排気ガスが接する表面積が大きくなって排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）の低減率は上がるが，その反面，排気ガス中のすすによる金属製ハニカム２の詰まり現象が発生し，好ましくない状態になる。従って，この排気ガス浄化装置は，金属製ハニカム２のセル数（開口数／ｃｍ²）が４５０セル〜５５０セルに設定されている。 FIG. 10 shows the influence of the number of cells of the metal honeycomb 2 on the exhaust gas particulate matter (PM) reduction rate. As shown in FIG. 10, in this exhaust gas purification device, the number of cells of the metal honeycomb 2 is preferably 400 to 600 cells, preferably 450 to 550 cells. If the number of cells of the metal honeycomb 2 is set to 300 cells or less, the surface area in contact with the exhaust gas is reduced, the reduction rate of particulate matter (PM) in the exhaust gas is reduced, and the number of cells of the metal honeycomb 2 is reduced. If it is set to 600 cells or more, the surface area in contact with the exhaust gas increases and the reduction rate of particulate matter (PM) in the exhaust gas increases, but on the other hand, the clogging phenomenon of the metal honeycomb 2 due to the soot in the exhaust gas occurs. Occurs and is in an unfavorable state. Therefore, in this exhaust gas purification device, the number of cells (numerical aperture / cm ² ) of the metal honeycomb 2 is set to 450 cells to 550 cells.

この排気ガス浄化システムは，上記のように構成されており，次のようにして排気ガスが浄化される。この排気ガス浄化システムでは，エンジンから排出されたＮＯ_XとＰＭを含んでいる排気ガスは，ＮＯ_X還元触媒２０でＮＯ_Xが還元剤としての炭化水素系燃料（ＨＣ）で還元され，Ｎ₂，ＣＯ₂，Ｈ₂Ｏに分解される。次いで，ＮＯ_Xが分解除去された排気ガスは，酸化触媒１４に送り込まれる。酸化触媒１４に送り込まれた排気ガスは，排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）である未燃燃料，ＳＯＦ等が酸化反応され，ＣＯ₂やＨ₂Ｏに分解される。更に，未燃燃料，ＳＯＦ等が酸化除去された排気ガスは，フイルタ触媒２１に送り込まれる。フイルタ触媒２１に送り込まれた排気ガスは，フイルタ触媒２１によって排気ガス中に含まれるスート，カーボン等のＰＭが一旦捕集され，そのＰＭはフイルタ触媒２１において時間をかけて酸化反応してＣＯ₂やＨ₂Ｏに分解され，排気ガスが浄化される。 This exhaust gas purification system is configured as described above, and exhaust gas is purified as follows. In this exhaust gas purification system, the exhaust gas containing NO _x and PM discharged from the engine is reduced by the NO _x reduction catalyst 20 with NO _x being reduced by hydrocarbon fuel (HC) as a reducing agent, and N ₂ , CO ₂ , H ₂ O. Next, the exhaust gas from which NO _x has been decomposed and removed is sent to the oxidation catalyst 14. The exhaust gas sent to the oxidation catalyst 14 undergoes an oxidation reaction with unburned fuel, SOF, etc., which are particulate matter (PM) contained in the exhaust gas, and is decomposed into CO ₂ and H ₂ O. Further, the exhaust gas from which unburned fuel, SOF and the like are oxidized and removed is sent to the filter catalyst 21. The exhaust gas sent to the filter catalyst 21 once collects PM such as soot and carbon contained in the exhaust gas by the filter catalyst 21, and the PM undergoes an oxidation reaction over time in the filter catalyst 21 to produce CO _2. It is decomposed into H ₂ O and the exhaust gas is purified.

次に，図２を参照して，この発明による排気ガス浄化システムの第２実施例を説明する。第２実施例では，酸化触媒１４の後流に配置されたフイルタ触媒３４が繊維フイルタで構成されている以外は，第１実施例の排気ガス浄化システムと同様である。フイルタ触媒３４は，酸化触媒が担持された金属線やセラミックス繊維がランダムに重ねたり編んだりして絡みあったものであり，排気ガス中のスート等のＰＭを捕集できる構造である。フイルタ触媒３４の外周側から流入し，酸化触媒が担持されたフイルタ触媒３４によって排気ガス中のＰＭが一旦捕集され，内周側の中央筒体３９の出口通路４３へと排出される。即ち，フイルタ触媒３４の捕集されたＰＭは，時間をかけて酸化触媒の作用で酸化反応し，排気ガスが浄化される。フイルタ触媒３４によって捕集されたＰＭは，フイルタ触媒３４に一旦留まるが，時間をかけて酸化反応され，ＣＯ₂とＨ₂Ｏに分解され，排気ガスが浄化される。 Next, a second embodiment of the exhaust gas purification system according to the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is the same as the exhaust gas purification system of the first embodiment, except that the filter catalyst 34 arranged downstream of the oxidation catalyst 14 is constituted by a fiber filter. The filter catalyst 34 is a structure in which metal wires or ceramic fibers carrying an oxidation catalyst are entangled by being randomly stacked or knitted, and has a structure capable of collecting PM such as soot in exhaust gas. PM flows in the exhaust gas from the outer peripheral side of the filter catalyst 34 and is temporarily collected by the filter catalyst 34 carrying the oxidation catalyst, and is discharged to the outlet passage 43 of the central cylinder 39 on the inner peripheral side. That is, the PM collected by the filter catalyst 34 undergoes an oxidation reaction by the action of the oxidation catalyst over time, and the exhaust gas is purified. The PM collected by the filter catalyst 34 once stays on the filter catalyst 34, but is oxidized over time, decomposed into CO ₂ and H ₂ O, and the exhaust gas is purified.

また，図３を参照して，この発明による排気ガス浄化システムの第３実施例を説明する。第３実施例では，酸化触媒１４の後流に配置されたフイルタ触媒３５が多数の板体から成る板状フイルタで構成されている以外は，第１実施例の排気ガス浄化システムと同様である。図４には，フイルタ触媒３５の構造の一部を示す一例が示されている。フイルタ触媒３５は，繊維や金網から成る酸化触媒を担持したフイルタ部材３６，排気ガスの出口通路４３を構成する中央筒体３９，及びフイルタ部材３６を支持する上流側の小径のガイド仕切板３８と下流側の大径の支持ガイド仕切板３７から構成され，排気ガスはケース１の外周とガイド仕切板３８との間に形成される入口４０からフイルタ部材３６を通過し，次いで支持ガイド仕切板３７にガイドされて中央筒体３９に設けられた出口４１から出口通路４３へと流される。その時，排気ガス中に含まれるスート等のＰＭは，フイルタ触媒３５のフイルタ部材３６に一旦捕集され，フイルタ触媒３５で酸化触媒の作用で時間をかけて酸化反応してＣＯ₂とＨ₂Ｏに分解され，排気ガスが浄化される。 A third embodiment of the exhaust gas purification system according to the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is the same as the exhaust gas purification system of the first embodiment except that the filter catalyst 35 disposed downstream of the oxidation catalyst 14 is constituted by a plate-like filter made up of a large number of plates. . FIG. 4 shows an example showing a part of the structure of the filter catalyst 35. The filter catalyst 35 includes a filter member 36 carrying an oxidation catalyst made of fiber or wire mesh, a central cylinder 39 constituting the exhaust gas outlet passage 43, and an upstream small-diameter guide partition plate 38 that supports the filter member 36. The exhaust gas is composed of a support guide partition plate 37 having a large diameter on the downstream side, and the exhaust gas passes through the filter member 36 from an inlet 40 formed between the outer periphery of the case 1 and the guide partition plate 38, and then the support guide partition plate 37. To the outlet passage 43 from the outlet 41 provided in the central cylinder 39. At that time, PM such as soot contained in the exhaust gas is once collected by the filter member 36 of the filter catalyst 35, and the filter catalyst 35 oxidizes over time by the action of the oxidation catalyst to cause CO ₂ and H ₂ O. The exhaust gas is purified.

図５を参照して，この発明による排気ガス浄化システムの第４実施例を説明する。第４実施例では，ＮＯ_X還元触媒２０の上流側の排気通路１８に組み込まれたケース３内に，排気ガス中の未燃燃料，ＳＯＦ等の有害物質を酸化させる酸化触媒を有する酸化反応器１５が配置されている以外は，第１実施例の排気ガス浄化システムと実質的に同様である。ケース３は，キットとしてケース１と一体構造に構成されても良いことは勿論である。第４実施例では，酸化反応器１５を通る排気ガス中から未燃燃料，ＳＯＦ等の有害物質が除去されることによって，ＮＯ_X還元触媒２０でのＮＯ_Xの還元反応が良好に行われ，ＮＯ_XがＮ₂，ＣＯ₂，Ｈ₂Ｏに分解され，排気ガスが浄化される。図５の第４実施例は，第１実施例に示すＮＯ_X還元触媒２０の上流側に酸化反応器１５を設けたものであるが，酸化反応器１５は第２実施例及び第３実施例のものにも同様に取り付けることもできることは勿論である。 A fourth embodiment of the exhaust gas purification system according to the present invention will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, an oxidation reactor having an oxidation catalyst that oxidizes unburned fuel, SOF, and other harmful substances in the exhaust gas in the case 3 incorporated in the exhaust passage 18 upstream of the NO _x reduction catalyst 20. Except that 15 is arranged, it is substantially the same as the exhaust gas purification system of the first embodiment. Of course, the case 3 may be configured integrally with the case 1 as a kit. In the fourth embodiment, by removing harmful substances such as unburned fuel and SOF from the exhaust gas passing through the oxidation reactor 15, the NO _x reduction catalyst 20 performs the NO _x reduction reaction satisfactorily. NO _x is decomposed into N ₂ , CO ₂ , and H ₂ O, and the exhaust gas is purified. In the fourth embodiment of FIG. 5, an oxidation reactor 15 is provided on the upstream side of the NO _x reduction catalyst 20 shown in the first embodiment. The oxidation reactor 15 includes the second and third embodiments. Of course, it can also be attached to the same thing.

図１〜図３及び図５に示す排気ガス浄化システムについて，ケース１の後流には，排気通路１８に絞りやノズル１６を設け，上流側の排気通路１８にパイプ６を接続してパイプ６に排気ガス圧を測定する上流側の圧力センサ２７を設け，また，排気通路１８の下流側のノズル１６の部位にパイプ７を接続してパイプ７に排気ガス圧を測定する下流側圧力センサを設けて上流側圧力センサと下流側圧力センサとで検出された圧力の差圧を検出する差圧計５が設けられている。また，フイルタ触媒２１，３４又は３５の下流の出口部９の排気通路１８には，温度センサ１９，ＮＯ_X濃度センサ４４及び差圧計５が設けられている。 In the exhaust gas purification system shown in FIGS. 1 to 3 and 5, in the wake of the case 1, a throttle or nozzle 16 is provided in the exhaust passage 18, and the pipe 6 is connected to the upstream exhaust passage 18. An upstream pressure sensor 27 for measuring the exhaust gas pressure is provided, and a downstream pressure sensor for measuring the exhaust gas pressure is connected to the pipe 7 by connecting the pipe 7 to the portion of the nozzle 16 downstream of the exhaust passage 18. A differential pressure gauge 5 is provided that detects the differential pressure between the pressures detected by the upstream pressure sensor and the downstream pressure sensor. A temperature sensor 19, a NO _x concentration sensor 44, and a differential pressure gauge 5 are provided in the exhaust passage 18 of the outlet portion 9 downstream of the filter catalyst 21, 34 or 35.

この排気ガス浄化システムは，特に，コントローラ３０によって次のようにして制御され，排気ガス中に含まれるＮＯ_Xが還元除去され，ＰＭが酸化除去され，排気ガスが浄化される。この排気ガス浄化システムは，排気通路１８における上流側に配置されたＮＯ_X還元触媒２０とＮＯ_X還元触媒２０の下流側に配置された２種類の酸化触媒１４及びフイルタ触媒２１，３４又は３５から成るケース１内に直列に配置された３種類の触媒から構成され，特に，コントローラ３０は，排気通路１８における触媒の上流に配置されたＮＯ_Xと反応させる炭化水素系燃料（ＨＣ）を噴射する噴射弁２２及び排気ガス温度とＮＯ_X濃度との情報に応答して噴射弁２２の噴射量を制御することを特徴としている。ＮＯ_X濃度の情報は，ＮＯ_X還元触媒２０の上下流に配置されたＮＯ_X濃度センサ２３，４４により検出されたＮＯ_X濃度，又はエンジン回転速度と負荷とを基にして予測されたＮＯ_X排出量によるＮＯ_X濃度で決められる。これらの情報は，コントローラ３０に送り込まれ，噴射弁２２から排気通路１８に噴射されるＨＣの流量が決定される。 The exhaust gas purification system, in particular, are controlled as follows by the controller 30, NO _X contained in the exhaust gas is reduced and removed, PM is oxidized and removed, the exhaust gas is purified. This exhaust gas purification system includes a NO _x reduction catalyst 20 disposed upstream of the exhaust passage 18 and two types of oxidation catalyst 14 and filter catalyst 21, 34 or 35 disposed downstream of the NO _x reduction catalyst 20. In particular, the controller 30 injects hydrocarbon-based fuel (HC) that reacts with NO _x disposed upstream of the catalyst in the exhaust passage 18. It is characterized by controlling the injection quantity in response injector 22 to the information between the injection valve 22 and the exhaust gas temperature and NO _X concentrations. NO _X Information concentrations, NO _X NO _X concentration detected by the NO _X concentration sensor 23 and 44 disposed upstream and downstream of the reduction catalyst 20, or the engine rotational speed and load and the predicted based on the NO _X determined by the NO _X concentration by emissions. These pieces of information are sent to the controller 30, and the flow rate of HC injected from the injection valve 22 into the exhaust passage 18 is determined.

コントローラ３０は，排気ガス流量を触媒の上流又は下流の排気通路１８に設けられた絞り又はノズル１６が出口部９の部位に形成されており，ノズル１６で得られた圧力差と排気ガス温度とから排気ガス流量を決定し，該排気ガス流量にＮＯ_X濃度を乗じてＮＯ_X排出質量を求め，ＮＯ_X排出質量に対応した予め決められた所定の流量の炭化水素系燃料（ＨＣ）を噴射弁２２から噴射する制御をするように構成されている。また，コントローラ３０は，排気ガスの温度センサ２４で測定された排気ガス温度が予め決められた所定の排気ガス温度以上である状態が予め決められた所定の期間以上であることに応答して噴射弁２２から燃料を噴射し，また，噴射弁２２からの燃料噴射は所定の排気ガス温度以下に低下して所定の時間経過後に停止させる制御をするように構成されている。 The controller 30 is configured such that a throttle or nozzle 16 provided in the exhaust passage 18 upstream or downstream of the catalyst is formed at a site of the outlet portion 9, and the pressure difference obtained by the nozzle 16, the exhaust gas temperature, exhaust gas flow rate is determined and determine the NO _X emissions mass multiplied by the NO _X concentration in the exhaust gas flow, injecting the NO _X emissions mass given previously determined corresponding to the flow rate of the hydrocarbon-based fuel (HC) from Control is made to inject from the valve 22. Further, the controller 30 performs injection in response to the state where the exhaust gas temperature measured by the exhaust gas temperature sensor 24 is equal to or higher than a predetermined exhaust gas temperature being equal to or longer than a predetermined period. The fuel is injected from the valve 22, and the fuel injection from the injection valve 22 is controlled to be lowered to a predetermined exhaust gas temperature or less and stopped after a predetermined time.

この排気ガス浄化システムは，エンジンが自然吸気タイプに構成されている場合に，コントローラ３０は，回転速度と排気量とから吸入空気量を算出し，吸入空気量にＮＯ_X濃度を乗じて算出されたＮＯ_X排出質量に対して，噴射弁２２から予め決められた所定の割合の噴射量を噴射させる制御をするように構成されている。また，前記エンジンが過給機付きタイプに構成されている場合に，コントローラ３０は，回転速度及び過給機の下流の吸気温度及び／又は排気ガス圧と排気量とから吸入空気量を算出し，吸入空気量にＮＯ_X濃度を乗じて算出されたＮＯ_X排出質量に対して，噴射弁２２から予め決められた所定の割合の噴射量を噴射させる制御をするように構成されている。 The exhaust gas purification system, when the engine is configured to naturally aspirated type, the controller 30 calculates the intake air amount and a rotational speed exhaust amount and is calculated by multiplying the NO _X concentration in the intake air amount In addition, control is performed to inject a predetermined ratio of the injection amount from the injection valve 22 with respect to the NO _x discharge mass. Further, when the engine is configured as a supercharger type, the controller 30 calculates the intake air amount from the rotation speed and the intake air temperature and / or exhaust gas pressure and the exhaust gas amount downstream of the supercharger. The injection valve 22 is controlled to inject a predetermined ratio of the injection amount to the NO _X discharge mass calculated by multiplying the intake air amount by the NO _X concentration.

コントローラ３０は，上記の触媒の上流又は下流の排気通路１８に，上記のような出口部９にノズル１６や絞り等を設け，絞りで得られた圧力差と排気ガス温度センサ２４による排気ガス温度から排気ガス流量を算出し，排気ガス流量にＮＯ_X濃度を乗じて算出されたＮＯ_X排出質量に対して，噴射弁２２から炭化水素系燃料の予め決められた所定の割合の噴射量を噴射させる制御をするように構成されている。また，コントローラ３０は，排気ガス温度に応答してＮＯ_X排出質量に対する噴射弁２２から噴射される燃料質量の比率を制御するように構成されている。 The controller 30 is provided with a nozzle 16 or a throttle at the outlet 9 as described above in the exhaust passage 18 upstream or downstream of the catalyst, and the pressure difference obtained by the throttle and the exhaust gas temperature by the exhaust gas temperature sensor 24. calculate the exhaust gas flow rate from the injection into the exhaust gas flow rate with respect to NO _X emissions mass calculated by multiplying the NO _X concentration, the injection quantity of a predetermined ratio which is predetermined in the hydrocarbon-based fuel from the injection valve 22 It is comprised so that it may control. The controller 30 is configured to control the ratio of fuel mass to be injected from the injection valve 22 for NO _X emissions mass in response to the exhaust gas temperature.

この排気ガス浄化システムは，ＮＯ_X還元触媒２０の上流と下流の排気通路１８にＮＯ_X濃度センサ２３，４４がそれぞれ配置され，それらからの情報を受けてコントローラ３０は，ＮＯ_X濃度センサ２３，４４によるＮＯ_X濃度の差から得られたＮＯ_X低減量に応答して噴射弁２２からの炭化水素系燃料（ＨＣ）の噴射量を制御することができる。また，ＮＯ_X還元触媒２０には，炭化水素によるＮＯ_X選択還元を行うため少なくとも２種類の触媒が担持されている。 The exhaust gas purification system, NO _X NO _X concentration sensor 23 and 44 upstream and downstream of the exhaust passage 18 of the reduction catalyst 20 are arranged respectively, the controller 30 receives information from them, NO _X concentration sensor 23, it is possible to control the injection amount of the hydrocarbon-based fuel from the injector 22 in response (HC) to the NO _X reduction amount obtained from the difference of the NO _X concentration by 44. In addition, the NO _x reduction catalyst 20 carries at least two types of catalysts in order to perform NO _x selective reduction with hydrocarbons.

コントローラ３０は，各触媒より上流の最上流又は少なくともフイルタ触媒２１，３４又は３５の上流に設けた圧力センサ２７による排気ガス圧，差圧計５による圧力差及び温度センサ１９，２４による排気ガス温度から算出された排気ガス流量から詰まり状態を判定し，予め決められた温度域で噴射弁２２から炭化水素系燃料を噴射し，触媒領域の温度又は排気ガス温度を上昇させる制御をするように構成されている。また，コントローラ３０は，触媒１４，２０，２１，３４又は３５の上下流で設けられた温度センサ１９，２４による温度差と噴射弁２２からの噴射量とから炭化水素系燃料の燃焼状態を確認し，燃焼状態が確認できない時には，噴射弁２２からの炭化水素系燃料の噴射を停止する制御をするように構成されている。 The controller 30 determines the upstream flow upstream of each catalyst or at least the exhaust gas pressure by the pressure sensor 27 provided upstream of the filter catalyst 21, 34 or 35, the pressure difference by the differential pressure gauge 5, and the exhaust gas temperature by the temperature sensors 19 and 24. The clogged state is determined from the calculated exhaust gas flow rate, and hydrocarbon fuel is injected from the injection valve 22 in a predetermined temperature range, and control is performed to increase the temperature of the catalyst region or the exhaust gas temperature. ing. Further, the controller 30 confirms the combustion state of the hydrocarbon fuel from the temperature difference by the temperature sensors 19 and 24 provided upstream and downstream of the catalyst 14, 20, 21, 34 or 35 and the injection amount from the injection valve 22. When the combustion state cannot be confirmed, control is performed to stop the injection of hydrocarbon fuel from the injection valve 22.

この排気ガス浄化システムは，エンジンが作動し，排気ガス温度が既定値以上になると，噴射弁２２から燃料がケース１内に噴射される。噴射弁２２から噴射される炭化水素系燃料の噴射量は，噴射量を最も有効に活用できるようにコントローラ３０によって制御される。従って，コントローラ３０は，エンジンから排出される排気ガスに含まれるＮＯ_Xの排出量に対して決められた割合の炭化水素系燃料をＮＯ_X還元触媒２０の上流の排気通路１８に噴射するように制御する。そのために，この排気ガス浄化システムでは，リアルタイムでＮＯ_Xの排出量がコントローラ３０によって演算される。この排気ガス浄化システムでは，コントローラ３０は，ＮＯ_X濃度センサ２３を用いてＮＯ_X濃度を計測し，エンジンの回転速度と排気量によって吸気空気量を計算し，その値にＮＯ_X濃度を乗じてＮＯ_Xの排出量を算出するように構成されている。 In the exhaust gas purification system, fuel is injected into the case 1 from the injection valve 22 when the engine is operated and the exhaust gas temperature becomes equal to or higher than a predetermined value. The injection amount of the hydrocarbon-based fuel injected from the injection valve 22 is controlled by the controller 30 so that the injection amount can be most effectively utilized. Therefore, the controller 30 injects a hydrocarbon-based fuel at a ratio determined with respect to the NO _x emission amount contained in the exhaust gas discharged from the engine into the exhaust passage 18 upstream of the NO _x reduction catalyst 20. Control. Therefore, in this exhaust gas purification system, the NO _x emission amount is calculated by the controller 30 in real time. In this exhaust gas purification system, the controller 30, the NO _X concentration was measured by using a NO _X concentration sensor 23, the intake air amount calculated by the rotational speed and the displacement of the engine, by multiplying the NO _X concentration to that value It is configured to calculate the NO _x emission amount.

また，噴射弁２２から噴射した燃料は，排気ガスと混合して気化し，ＮＯ_X還元触媒２０に流入する。ＮＯ_X還元触媒２０内では，ＮＯ_Xの還元反応は複雑であるが，炭化水素系燃料は，多数の種類の炭化水素，例えば，メタン列，エチレン列，アセチレン列の鎖式炭化水素，及び芳香族，脂環式の環式炭化水素からなっているので，ここでは説明を簡単化するため，これらをＨＣで示すものとする。排気ガス中のＮＯ_Xは，ＨＣによって酸素が奪われてＮとなり，Ｎは２個集まりＮ₂になって安定し，ＮＯ_Xは還元される。この時，Ｏは，Ｈと反応してＨ₂Ｏになり，また，Ｃは，酸化されてＣＯ₂又はＣＯになる。また，排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）は，主成分が炭素Ｃであり，排気ガスが酸化触媒１４，及びフイルタ触媒２１，３４又は３５を通過することによって，Ｃは酸化されてＣＯ₂又はＣＯになる。 Further, the fuel injected from the injection valve 22 is mixed with the exhaust gas and vaporized, and flows into the NO _x reduction catalyst 20. In the NO _x reduction catalyst 20, the reduction reaction of NO _x is complicated. However, hydrocarbon fuels include many types of hydrocarbons such as methane, ethylene, acetylene chain hydrocarbons, and aromatics. Since these are composed of alicyclic and alicyclic cyclic hydrocarbons, these are indicated by HC for the sake of simplicity. NO _x in the exhaust gas is deprived of oxygen by HC and becomes N, and two N collect together and become N ₂ , and NO _x is reduced. At this time, O reacts with H to become H ₂ O, and C is oxidized to CO ₂ or CO. The particulate matter (PM) in the exhaust gas is mainly composed of carbon C. When the exhaust gas passes through the oxidation catalyst 14 and the filter catalyst 21, 34 or 35, C is oxidized and CO ₂ is emitted. Or become CO.

また，噴射弁２２から噴射された燃料は，全部がＮＯ_Xの還元剤として消費されるわけではなく，一部の燃料は排気ガスに含まれる酸素によって酸化されるが，残りの燃料はそのまま下流の酸化触媒１４に流入することになる。ＮＯ_X還元触媒２０の下流の酸化触媒１４は，エンジンから排出された排気ガス中のＳＯＦと称される有機溶剤に溶けた成分と，ＮＯ_X還元触媒２０で消費されずに残った未燃燃料とを酸化させる機能を有している。酸化触媒１４では，ＰＭの主成分であるすす（スート）は酸化反応されずに，下流に設置されたフイルタ触媒２１，３４又は３５で時間をかけて酸化反応即ち燃焼させて排気ガスを浄化する。エンジンから排出されるＰＭは，エンジンによってその成分が異なるが，一般的には，すすが６０％前後，ＳＯＦが３０％前後，その他は燃料中の硫黄が酸化されたＳＯ₂等である。一般に，ＳＯＦは，スート（すす）の外側に吸着されていると言われており，未燃燃料やオイル分でなり，比較的に粘性物である。スートの酸化速度は，ＳＯＦの酸化速度より比較的に遅いため，スートを有効に酸化させるためには，フイルタ触媒２１，３４又は３５で捕集して酸化させることが有効である。スートをフイルタ触媒２１，３４又は３５で捕集する場合には，スートのＰＭにＳＯＦ分が多く含まれていると，べたつき易く，フイルタ触媒２１，３４又は３５を詰まらせる原因になる。 In addition, the fuel injected from the injection valve 22 is not completely consumed as a reducing agent for NO _x , and a part of the fuel is oxidized by oxygen contained in the exhaust gas, but the remaining fuel is directly downstream. Will flow into the oxidation catalyst 14. The oxidation catalyst 14 downstream of the NO _x reduction catalyst 20 includes components dissolved in an organic solvent called SOF in exhaust gas discharged from the engine, and unburned fuel remaining without being consumed by the NO _x reduction catalyst 20. And has a function of oxidizing. In the oxidation catalyst 14, soot, which is the main component of PM, is not subjected to an oxidation reaction, and the exhaust catalyst is purified by burning the oxidation reaction, that is, burning over the filter catalyst 21, 34 or 35 installed downstream. . The components of PM discharged from the engine differ depending on the engine, but generally, soot is about 60%, SOF is about 30%, and the others are SO ₂ in which sulfur in the fuel is oxidized. In general, SOF is said to be adsorbed on the outside of soot, and is composed of unburned fuel and oil, and is relatively viscous. Since the oxidation rate of soot is relatively slower than the oxidation rate of SOF, it is effective to collect and oxidize with the filter catalyst 21, 34 or 35 in order to oxidize the soot effectively. When soot is collected by the filter catalyst 21, 34 or 35, if the soot PM contains a large amount of SOF, the filter catalyst 21, 34 or 35 is clogged easily.

この排気ガス浄化システムでは，フイルタ触媒２１，３４又は３５の上流側に，金属ワイヤ，金属板等のメッシュの粗いフイルタやハニカム構造体で構成した酸化触媒１４を設置してＳＯＦ分や未燃燃料を酸化反応させ，次いでＳＯＦ等が分解されたスート等をフイルタ触媒２１，３４又は３５に送り込むように構成されている。また，ＳＯＦの酸化反応に有効な触媒と，スートの酸化反応に有効な触媒とは異なっているため，それぞれの酸化触媒１４とフイルタ触媒２１，３４又は３５に使用する触媒として最適な触媒を選定し，それぞれの触媒を有効に作用させるため，所定以上の温度が必要であるが，その温度は排気ガスの温度のみで判断されるべきでなく，各触媒は排気ガスによって加熱され，冷却されるので，排気ガス温度のみが触媒活性温度に達しても，触媒表面が所定の温度に達していなければ触媒は有効に作用しない。そこで，この排気ガス浄化システムでは，排気ガス温度を温度センサ２４で常に監視し，低温から上昇していく場合の燃料噴射開始温度は，触媒活性温度がある期間保持された後に，噴射弁２２から燃料の噴射を開始し，燃料噴射を停止する場合は，ある温度以下になった期間が経過した後とし，噴射燃料の無駄を最小限にすると共に，触媒の活性期間を有効に活用するように構成されている。 In this exhaust gas purification system, an oxidation catalyst 14 composed of a coarse mesh filter such as a metal wire or a metal plate or a honeycomb structure is installed upstream of the filter catalyst 21, 34 or 35 so that the SOF content or unburned fuel is present. Then, the soot or the like in which SOF is decomposed is sent to the filter catalyst 21, 34 or 35. In addition, since the catalyst effective for the oxidation reaction of SOF is different from the catalyst effective for the oxidation reaction of soot, the optimum catalyst is selected as the catalyst used for each of the oxidation catalyst 14 and the filter catalyst 21, 34 or 35. However, in order for each catalyst to act effectively, a temperature higher than a predetermined temperature is necessary, but the temperature should not be judged only by the temperature of the exhaust gas, and each catalyst is heated and cooled by the exhaust gas. Therefore, even if only the exhaust gas temperature reaches the catalyst activation temperature, the catalyst does not work effectively unless the catalyst surface reaches the predetermined temperature. Therefore, in this exhaust gas purification system, the exhaust gas temperature is constantly monitored by the temperature sensor 24, and the fuel injection start temperature when rising from a low temperature is maintained from the injection valve 22 after the catalyst activation temperature is maintained for a certain period. Start fuel injection and stop fuel injection after a period of time below a certain temperature, so as to minimize the waste of injected fuel and effectively utilize the active period of the catalyst. It is configured.

この発明による排気ガス浄化システムは，新車又は既存車の自動車用エンジン，特に，ディーゼルエンジンからの排気ガスが排出される排気通路に組み込んで使用される。 The exhaust gas purification system according to the present invention is used by being incorporated in an exhaust passage from which exhaust gas from a new or existing vehicle engine, particularly a diesel engine, is discharged.

この発明による排気ガス浄化システムの第１実施例を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of an exhaust gas purification system according to the present invention. この発明による排気ガス浄化システムの第２実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 2nd Example of the exhaust-gas purification system by this invention. この発明による排気ガス浄化システムの第３実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 3rd Example of the exhaust-gas purification system by this invention. 図３に示すフイルタ触媒の一部を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a part of the filter catalyst shown in FIG. 3. この発明による排気ガス浄化システムの第４実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 4th Example of the exhaust-gas purification system by this invention. この排気ガス浄化システムにおける酸化触媒の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the oxidation catalyst in this exhaust gas purification system. 図６の酸化触媒の作製工程を説明するための部分を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the part for demonstrating the preparation process of the oxidation catalyst of FIG. 図６の酸化触媒の線材の詳細を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the detail of the wire of the oxidation catalyst of FIG. 酸化触媒におけるＰｔの含有量に対する粒子状物質の酸化反応の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the oxidation reaction of a particulate matter with respect to content of Pt in an oxidation catalyst. 金属製ハニカムのセル数が排気ガスの粒子状物質の低減率に及ぼす影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence which the number of cells of a metal honeycomb has on the reduction rate of the particulate matter of exhaust gas.

Explanation of symbols

１，３ケース
２金属製ハニカム
４入口部
５差圧計
１４酸化触媒
１５酸化反応器
１６ノズル
１８排気通路
１９，２４温度センサ
２０ＮＯ_X還元触媒
２１，３４，３５フイルタ触媒
２２噴射弁
２３，４４ＮＯ_X濃度センサ
２５燃料ポンプ
２６燃料噴射量センサ
２７圧力センサ
２８燃料タンク
３０コントローラ
３３回転センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,3 Case 2 Metal honeycomb 4 Inlet part 5 Differential pressure gauge 14 Oxidation catalyst 15 Oxidation reactor 16 Nozzle 18 Exhaust passage 19, 24 Temperature sensor 20 NO _X reduction catalyst 21, 34, 35 Filter catalyst 22 Injection valve 23, 44 NO _X concentration sensor 25 Fuel pump 26 Fuel injection amount sensor 27 Pressure sensor 28 Fuel tank 30 Controller 33 Rotation sensor

Claims

In an exhaust gas purification system for purifying the exhaust gas by reacting and removing harmful substances contained in the exhaust gas discharged from the engine through the exhaust passage,
The exhaust NO _X reduction catalyst the NO _X in the exhaust gas to the reduction reaction is disposed on the upstream side in the passage, the NO _X reduction catalyst are sequentially disposed downstream of 2 to oxidation the particulate matter in the exhaust gas A type of oxidation catalyst, an injection valve that is disposed upstream of the NO _x reduction catalyst in the exhaust passage and reacts with NO _x, and injects into the exhaust passage; and an exhaust gas temperature, an exhaust gas flow rate, and NO _x An exhaust gas purification system comprising: a controller that controls an injection amount of the injection valve in response to concentration information.

The NO _x reduction catalyst is composed of a ceramic or metal honeycomb structure, or a filter structure in which ceramic fibers or metal wires are randomly stacked or knitted, and the NO _x reduction catalyst includes the hydrocarbon. exhaust gas purification system according to claim 1, wherein at least two catalysts for performing _the NO _X selective reduction by the system fuel is characterized in that it is carried.

The NO _X in the reduction catalyst according to claim 1 or 2 or silver and / or cobalt catalyst is carried, or a catalyst having a spinel structure of Zn-Ga-Al-O is characterized in that it is carried The exhaust gas purification system described in 1.

The two kinds of oxidation catalysts include a ceramic or metal honeycomb structure that oxidizes at least unburned fuel and SOF particulate matter, and a ceramic fiber that collects and oxidizes at least soot particulate matter. It is composed of a filter structure in which metal wires are randomly stacked or knitted or a wall flow structure of a ceramic honeycomb, and the honeycomb structure is disposed upstream of the filter structure or the wall flow structure. The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 3.

The honeycomb structure carries at least one of platinum, palladium, manganese, copper, and nickel, and the filter structure or the wall flow structure includes alkali metals such as potassium, lithium, and sodium; The exhaust gas purification system according to claim 4, wherein at least one of the compounds is supported.

The oxidation reactor for oxidizing the harmful substances such as unburned fuel and SOF in the exhaust gas is disposed in the exhaust passage upstream of the NO _x reduction catalyst. The exhaust gas purification system according to any one of 5.

Wherein the controller, NO by the NO _X concentration NO _X concentration information detected by the NO _X concentration sensor disposed in the exhaust passage, or the engine rotational speed and load and NO _X emissions predicted based on determined by _X concentration, exhaust gas according to any one of claims 1 to 6, in response to the NO _X concentration and controls the injection amount of the hydrocarbon-based fuel from the injection valve Purification system.

Said controller, said hydrocarbons from said injection valve in response to the NO _X NO _X reduction amount obtained by the NO _X concentration by the upstream and downstream NO _X concentration sensor disposed respectively on the exhaust passage of the reduction catalyst The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 7, wherein an injection amount of the system fuel is controlled.

Wherein the controller, the calculated exhaust gas flow rate from the exhaust gas temperature due to the pressure difference and the temperature sensor, obtained at the site of the aperture or nozzle provided in the exhaust passage, by multiplying the NO _X concentration in the exhaust gas flow rate Te seek NO _X emissions mass of claims 1-8, characterized in that the control for injecting the predetermined said hydrocarbon-based fuel at the flow rate of predetermined corresponding to the NO _X emissions mass from the injection valve The exhaust gas purification system according to any one of claims.

The controller responds to the carbonization from the injection valve in response to a state in which the exhaust gas temperature measured by the temperature sensor is equal to or higher than a predetermined exhaust gas temperature exceeding a predetermined predetermined time. 2. The hydrogen fuel is injected, and the injection of the hydrocarbon fuel from the injection valve is controlled to be lowered below the predetermined exhaust gas temperature and stopped after the predetermined time has elapsed. The exhaust gas purification system according to any one of 1 to 9.

When the engine is a naturally aspirated type, the controller calculates an intake air amount from the rotational speed and the exhaust amount, and multiplies the intake air amount by the NO _X concentration to calculate the NO _X exhaust mass. The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 10, wherein control is performed to inject the hydrocarbon-based fuel from the injection valve by a predetermined predetermined injection amount. .

When the engine is of a supercharger type, the controller calculates an intake air amount from a rotational speed and an intake air temperature and / or exhaust gas pressure downstream of the supercharger and an exhaust amount, and the intake air against NO _X emissions mass the calculated by multiplying the NO _X concentration to the amount, and characterized in that the control for injecting only the injection quantity of a predetermined prescribed percentage was the hydrocarbon fuel from said injection valve The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 10.

Wherein the controller is one of claims 1 to 12, characterized in that controlling the ratio of the mass of the hydrocarbon-based fuel injected from the injection valve with respect to the NO _X emissions mass in response to the exhaust gas temperature The exhaust gas purification system according to item 1.

The controller determines the clogging state from the exhaust gas flow rate calculated from the exhaust gas pressure, the pressure difference and the exhaust gas temperature by a pressure sensor provided at the most upstream or at least upstream of the filter catalyst, and is determined in advance. The exhaust gas according to any one of claims 1 to 13, wherein control is performed to inject the hydrocarbon-based fuel from the injection valve in a temperature range to increase the temperature of the catalyst region or the exhaust gas temperature. Gas purification system.

The controller confirms a combustion state from a temperature difference between temperature sensors provided upstream and downstream of the catalyst and an injection amount of the hydrocarbon-based fuel from the injection valve. The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 14, wherein control is performed to stop injection of the hydrocarbon-based fuel from a valve.