JP4530778B2 - ＮＯｘ還元触媒への還元剤添加方法 - Google Patents

Description

本発明はＮＯx還元触媒への還元剤添加方法に関する。

近年、ディーゼルエンジンの各気筒から排気マニホールドを介して排出された排気ガスは、排気管を通してターボチャージャのタービンへ送られ、該タービンを駆動した排気ガスは、排気浄化用触媒であるＮＯx吸蔵還元触媒でＮＯxを低減されたうえ、大気中に排気されている。

而して、この種のＮＯx吸蔵還元触媒は、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えており、排気空燃比がリーンであるディーゼルエンジンの排気ガス中からＮＯxがＮＯx吸蔵還元触媒により除去されることになる。

しかし、ＮＯxの吸蔵量が増大して飽和量に達してしまうと、それ以上のＮＯxを吸蔵できなくなるため、定期的にＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させてＮＯxを分解放出させる必要があるが、ディーゼルエンジンの場合には、ガソリン機関のように機関の運転空燃比を低下（機関をリッチ空燃比で運転）することが困難である。

このため、これまでは、ＮＯx吸蔵還元触媒より上流側となる排気管の途中に、例えば軽油等の燃料を噴射し得るようインジェクタを貫通装着し、該インジェクタにより排気ガスに添加した燃料を還元剤としてＮＯx吸蔵還元触媒において酸素と反応せしめ、これにより排気ガス中の酸素濃度を低下し且つ排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯ等の還元成分を増加してＮＯxの分解放出を促すようにしている。

排気管の中途部に設けたＮＯx吸蔵還元触媒に還元剤を供給するようにした先行技術文献としては特許文献１がある。
特開２００１−７３７４８号公報

而して、従来はインジェクタから還元剤である燃料を噴射する際の制御は以下に述べるようにして行っている。すなわち、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等の制御装置にマップを設定しておき、該マップを基にエンジン回転数及び負荷から還元剤噴射量を定め、還元剤の噴射を行なうようにしている。この点は、特許文献１の場合も同様である。

しかしながら、上記従来手段では、エンジン空燃比がリッチ或はリーンに拘らず、エンジンの回転数及び負荷によって一義的に決まる量の燃料を噴射しているため、効率や燃費が悪い等の問題がある。

本発明は、上述の実情に鑑み、効率や燃費の良好なＮＯx還元触媒への還元剤添加方法を提供することを目的としてなしたものである。

請求項１のＮＯx還元触媒への還元剤添加方法は、内燃機関からの排気ガスに含まれているＮＯxを還元するＮＯx還元触媒を備えた排気管内に、ＮＯx還元触媒よりも排気ガス流れ方向上流側において還元剤噴射手段から還元剤を噴射し、排気管内を送給されている排気ガスに前記還元剤を添加するようにしたＮＯx還元触媒への還元剤添加方法であって、前記排気管の還元剤噴射手段設置位置よりも排気ガス流れ方向上流側で且つ内燃機関からの排気ガスにより駆動されるターボチャージャのタービンよりも排気ガス流れ方向下流側に空燃比検出器を設け、該空燃比検出器により検出した排気ガスの空燃比を基に、前記還元剤噴射手段から噴射される還元剤の添加量を求めるものである。

請求項２のＮＯx還元触媒への還元剤添加方法においては、還元剤噴射手段からの還元剤の噴射は、排気ガス中の空燃比がリッチへ近づく際に行なうようにしている。

請求項３のＮＯx還元触媒への還元剤添加方法は、還元剤の噴射量を、Ｑａｄｄ＝[（（Ａ／Ｆ）／（１４．２２×ｎ））−１]×[（Ｑｅｎｇ×Ｎ）／（６０×２）]（ここで、Ａ／Ｆは排気ガスの空燃比、Ｑｅｎｇは内燃機関の燃料噴射量、数値１４．２２は理論空燃比、ｎは空燃比をリッチにするための係数で、１より小さく且つＮＯx還元触媒の浄化性能及び内燃機関回転数並びに負荷の運転履歴により変わる数、数値２は内燃機関のクランク軸のサイクル数である）により求めるものである。

本発明のＮＯx還元触媒への還元剤添加方法においては、運転空燃比でリッチに近づいている運転状態を利用して、理論空燃比（ストイックメトリック空気燃料比率）の不足分を補うだけの還元剤を還元剤噴射手段から排気管内へ噴射し、排気ガスに添加しているため、従来のように負荷とエンジン回転数により一義的に噴射量を決める場合に比較して効率が良く且つ燃費が改善される、という優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１、図２は本発明の実施の形態を説明するための概要図である。図中、１はターボチャージャ２を搭載したディーゼルエンジンであり、エアクリーナ３から導いた吸気４は吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ導かれて加圧され、加圧された吸気４はインタークーラ６を介しディーゼルエンジン１の各気筒に分配され、導入されるようになっている。

又、ディーゼルエンジン１の各気筒から排気マニホールド７を介し排出された排気ガス８は排気管９を通して前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送られ、タービン２ｂを駆動した排気ガス８は、ＮＯx吸蔵還元触媒１０を通してＮＯxを低減したうえ、車外へ排出されるようになっている。

ＮＯx吸蔵還元触媒１０より上流側となる排気管９の途中における曲折部下端近傍には、電磁弁１１を備えたインジェクタ１２が貫通装着され、電磁弁１１が開くことによりインジェクタ１２から噴射されて排気管９内の排気ガス８に添加された軽油等の燃料は、還元剤としてＮＯx吸蔵還元触媒１０に送給され、ＮＯx吸蔵還元触媒１０で酸素と反応せしめられ、これにより排気ガス８中の酸素濃度をが低下せしめられ且つ排気ガス８中の未燃ＨＣやＣＯ等の還元成分が増加してＮＯxの分解放出が行なわれるようになっている。

図２中、１３はエンジン制御コンピュータ等の制御装置である。制御装置１３には、排気管９のインジェクタ１２設置部よりも排気ガス流れ方向上流側に設けた空燃比検出器１４で検出した空燃比Ａ／Ｆが与えられるようになっていると共に、ディーゼルエンジン１の所定位置に配置した回転数検出器１５により検出したエンジン回転数Ｎが与えられるようになっており、更には、アクセル開度検出器１６で検出したアクセル開度が負荷Ｌとして与えられるようになっている。

次に、上記図示例の作動を説明する。
ディーゼルエンジン１の運転時には、アクセル開度検出器１６で検出された負荷Ｌ及び回転数検出器１５で検出されたエンジン回転数Ｎ並びに空燃比検出器１４で検出された排気ガス８の空燃比Ａ／Ｆが電気信号として制御装置１３に与えられる。

而して、制御装置１３においては、負荷Ｌ及びエンジン回転数Ｎからマップ等を用いてディーゼルエンジン１内への燃料噴射量Ｑｅｎｇが求められると共に、空燃比検出器１４からの空燃比Ａ／Ｆによりディーゼルエンジン１の運転状態が判断され、空燃比がリッチ(理論空燃比側)に近づく（例えば、Ａ／Ｆ＞１４．２２×０．９）運転時に、[数１]によってインジェクタ１２から排気管９内へ噴射される燃料の添加量Ｑａｄｄが求められる。
[数１]
Ｑａｄｄ＝[（（Ａ／Ｆ）／（１４．２２×ｎ））−１]×[（Ｑｅｎｇ×Ｎ）／（６０×２）]（ｍｍ^３）
[数１]において、数値１４．２２は理論空燃比（Ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ Ａｉｒ−Ｆｕｅｌ Ｒａｔｉｏ ）、ｎはガスの空燃比をリッチにするための係数で、１より小さく且つＮＯx還元触媒の浄化性能及びエンジン回転数並びに負荷の運転履歴により変わる数であり、例えば上述したように約０．９である。又、数値２はディーゼルエンジン１のクランク軸の回転サイクル数である。

制御装置１３からは、[数１]により求められた添加量Ｑａｄｄに対応した指令信号Ｖが電磁弁１１に与えられて該電磁弁１１が開き、求められた添加量Ｑａｄｄだけ添加剤が噴射され、噴射後は電磁弁１１は閉止する。添加された添加剤はＮＯx吸蔵還元触媒１０へ送給されて上述のごとく、ＮＯxの分解に供される。

本図示例によれば、運転空燃比でリッチに近づいている運転状態を利用して、理論空燃比の不足分を補うだけの還元剤をインジェクタ１２から排気管９内へ噴射して排気ガス８に添加しているため、従来のように負荷とエンジン回転数により一義的に噴射量を決める場合に比較して効率が良く且つ燃費が改善される。

なお、本発明のＮＯx還元触媒への還元剤添加方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

又、本発明の図示例においては、排気浄化用触媒としてＮＯx吸蔵還元触媒を用いた例について説明したが、ＮＯx吸蔵還元触媒に替えて、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を用い、該選択還元型触媒の上流側でインジェクタにより必要量の燃料を還元剤として添加して選択還元型触媒において排気ガス８中のＮＯxと還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにすることもできる。

本発明のＮＯx還元触媒への還元剤添加方法を説明するためのディーゼルエンジンからＮＯx吸蔵還元触媒までの概要図である。 本発明のＮＯx還元触媒への還元剤添加方法において、信号の授受を説明するためのブロック図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
２ ターボチャージャ
２ａ タービン
８ 排気ガス
９ 排気管
１０ ＮＯx吸蔵還元触媒
１２ インジェクタ（還元剤噴射手段）
１４ 空燃比検出器
Ａ／Ｆ 空燃比
Ｑａｄｄ 添加量
Ｑｅｎｇ 燃料噴射量
Ｎ エンジン回転数（内燃機関回転数）
Ｌ 負荷

Claims (3)

1. 内燃機関からの排気ガスに含まれているＮＯxを還元するＮＯx還元触媒を備えた排気管内に、ＮＯx還元触媒よりも排気ガス流れ方向上流側において還元剤噴射手段から還元剤を噴射し、排気管内を送給されている排気ガスに前記還元剤を添加するようにしたＮＯx還元触媒への還元剤添加方法であって、前記排気管の還元剤噴射手段設置位置よりも排気ガス流れ方向上流側で且つ内燃機関からの排気ガスにより駆動されるターボチャージャのタービンよりも排気ガス流れ方向下流側に空燃比検出器を設け、該空燃比検出器により検出した排気ガスの空燃比を基に、前記還元剤噴射手段から噴射される還元剤の添加量を求めることを特徴とするＮＯx還元触媒への還元剤添加方法。
2. 還元剤噴射手段からの還元剤の噴射は、排気ガス中の空燃比がリッチへ近づく際に行なう請求項１に記載のＮＯx還元触媒への還元剤添加方法。
3. 還元剤の噴射量を、Ｑａｄｄ＝[（（Ａ／Ｆ）／（１４．２２×ｎ））−１]×[（Ｑｅｎｇ×Ｎ）／（６０×２）]（ここで、Ａ／Ｆは排気ガスの空燃比、Ｑｅｎｇは内燃機関の燃料噴射量、数値１４．２２は理論空燃比、ｎは空燃比をリッチにするための係数で、１より小さく且つＮＯx還元触媒の浄化性能及び内燃機関回転数並びに負荷の運転履歴により変わる数、数値２は内燃機関のクランク軸の回転サイクル数である）により求める請求項１記載のＮＯx還元触媒への還元剤添加方法。

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