JP2009264320A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
内燃機関の排気ガス中の有害成分を浄化するため、排気通路に触媒を設置する技術が広く用いられている。排気浄化触媒の活性は、ある温度以上にならないと発現しない。すなわち、触媒の温度が低いときには、排気ガスを触媒で十分に浄化することができない。このため、大気中への有害成分の放出を抑制するためには、エンジン始動直後などの触媒が低温の状態のときに、触媒の温度をなるべく早く活性温度以上に上昇させることが重要である。この問題の解決のため、電気加熱触媒なども提案されているが、コストアップ、電力消費増大、重量増加等の欠点があり、普及には至っていない。 In order to purify harmful components in the exhaust gas of an internal combustion engine, a technique of installing a catalyst in the exhaust passage is widely used. The activity of the exhaust purification catalyst does not appear unless it exceeds a certain temperature. That is, when the temperature of the catalyst is low, the exhaust gas cannot be sufficiently purified by the catalyst. For this reason, in order to suppress the release of harmful components into the atmosphere, it is important to raise the temperature of the catalyst to the activation temperature or more as soon as possible when the catalyst is in a low temperature state, such as immediately after the engine is started. In order to solve this problem, an electric heating catalyst or the like has been proposed. However, there are disadvantages such as an increase in cost, an increase in power consumption, and an increase in weight.
特開2007−16635号公報には、PM捕集装置と、その下流側に設けられた選択還元型のNOx触媒と、PM捕集装置の直前にオゾン等の酸化剤を供給する第1の酸化剤供給手段と、NOx触媒の直前に酸化剤を供給する第2の酸化剤供給手段と、NOx触媒の直前にアンモニア等の還元剤を供給する還元剤供給手段とを備えた排気浄化装置が開示されている。この装置では、第2の酸化剤供給手段による酸化剤供給量を第1の酸化剤供給手段による酸化剤供給量より大とすることにより、十分な量のNO2をNOx触媒に供給し、もってNOx触媒によるNOxの浄化を促進することを図っている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-16635 discloses a PM collection device, a selective reduction type NOx catalyst provided downstream thereof, and a first oxidation for supplying an oxidizing agent such as ozone immediately before the PM collection device. Disclosed is an exhaust emission control device comprising an agent supply means, a second oxidant supply means for supplying an oxidant immediately before the NOx catalyst, and a reducing agent supply means for supplying a reducing agent such as ammonia immediately before the NOx catalyst. Has been. In this apparatus, a sufficient amount of NO 2 is supplied to the NOx catalyst by making the oxidant supply amount by the second oxidant supply means larger than the oxidant supply amount by the first oxidant supply means. It aims to promote the purification of NOx by the NOx catalyst.
上記従来の公報に記載された技術では、触媒温度を早期に上昇させることについては十分に考慮されておらず、触媒の早期活性化を図るという問題の解決には至っていない。 The technique described in the above-mentioned conventional publication does not sufficiently consider raising the catalyst temperature early, and has not yet solved the problem of early activation of the catalyst.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気浄化触媒の早期活性化を図ることのできる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine capable of early activation of an exhaust purification catalyst.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の有害成分を浄化する触媒と、
前記触媒の上流側に活性酸素を供給する活性酸素供給装置と、
前記触媒の上流側の排気ガス中の未燃燃料成分濃度を通常時より増加させる未燃燃料成分供給手段と、
前記触媒の温度を上昇させることが要求される場合に、前記活性酸素供給装置により前記触媒の上流側に活性酸素を供給するとともに前記触媒の上流側の排気ガス中の未燃燃料成分濃度を前記未燃燃料成分供給手段により増加させる、触媒昇温制御を実行する触媒昇温手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine,
A catalyst disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine for purifying harmful components in the exhaust gas;
An active oxygen supply device for supplying active oxygen to the upstream side of the catalyst;
Unburned fuel component supply means for increasing the unburned fuel component concentration in the exhaust gas upstream of the catalyst from the normal time;
When it is required to increase the temperature of the catalyst, active oxygen is supplied to the upstream side of the catalyst by the active oxygen supply device, and the concentration of unburned fuel components in the exhaust gas upstream of the catalyst is A catalyst temperature raising means for performing catalyst temperature raising control, which is increased by the unburned fuel component supply means;
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記触媒は、Agを触媒成分として含むことを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The catalyst includes Ag as a catalyst component.
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
排気ガス流量の指標値を算出する流量指標値算出手段と、
前記指標値が所定値を超える場合に、前記触媒昇温制御の実行を抑制する触媒昇温制御抑制手段と、
を備えることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
A flow rate index value calculating means for calculating an index value of the exhaust gas flow rate;
A catalyst temperature increase control suppressing means for suppressing execution of the catalyst temperature increase control when the index value exceeds a predetermined value;
It is characterized by providing.
また、第4の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、
前記触媒昇温手段は、前記触媒の温度が上昇するにつれて、排気ガス中への活性酸素添加量に対する未燃燃料成分添加量の割合を増大させる添加割合制御手段を含むことを特徴とする。
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
The catalyst temperature raising means includes addition ratio control means for increasing the ratio of the amount of unburned fuel component added to the amount of active oxygen added to the exhaust gas as the temperature of the catalyst rises.
また、第5の発明は、第1乃至第4の発明の何れかにおいて、
前記活性酸素供給装置は、活性酸素としてオゾンを供給することを特徴とする。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
The active oxygen supply device supplies ozone as active oxygen.
第1の発明によれば、触媒の温度を上昇させることが要求される場合に、触媒の上流側の排気ガス中に活性酸素および未燃燃料成分を添加する触媒昇温制御を実行することができる。活性酸素は強い酸化力を有しているため、添加された活性酸素と未燃燃料成分とは、低温からでも効率良く反応することができる。このため、その反応熱を利用して、触媒の温度を迅速に上昇させることができる。第1の発明によれば、例えば内燃機関の始動直後などの触媒低温時において、触媒を早期に活性化させることができるので、大気中への有害成分の放出を十分に低減することができる。 According to the first invention, when it is required to increase the temperature of the catalyst, the catalyst temperature increase control for adding the active oxygen and the unburned fuel component to the exhaust gas upstream of the catalyst can be executed. it can. Since active oxygen has a strong oxidizing power, the added active oxygen and the unburned fuel component can react efficiently even at low temperatures. For this reason, the temperature of a catalyst can be raised rapidly using the reaction heat. According to the first invention, since the catalyst can be activated at an early stage, for example, at a low temperature of the catalyst such as immediately after the start of the internal combustion engine, the release of harmful components into the atmosphere can be sufficiently reduced.
第2の発明によれば、触媒にAgが含有されている。触媒昇温制御によって活性酸素および未燃燃料成分が添加されると、それらの反応によってCOが発生する。Agは、活性酸素の共存下において、COを効率良く酸化させる活性を低温から発現する。このため、第2の発明によれば、触媒昇温制御において添加された活性酸素および未燃燃料成分の反応によって発生したCOを、Agが触媒となって酸化浄化することができる。また、第2の発明によれば、触媒の温度をより迅速に上昇させることができるという利点もある。その理由は、活性酸素と未燃燃料成分との反応熱だけでなく、COの酸化反応の反応熱によっても触媒を加熱することができるからである。 According to the second invention, Ag is contained in the catalyst. When active oxygen and unburned fuel components are added by the catalyst temperature increase control, CO is generated by the reaction thereof. Ag expresses the activity of efficiently oxidizing CO from a low temperature in the presence of active oxygen. For this reason, according to the second aspect of the invention, Ag generated by the reaction of the active oxygen and unburned fuel component added in the catalyst temperature increase control can be oxidized and purified using Ag as a catalyst. Moreover, according to 2nd invention, there exists an advantage that the temperature of a catalyst can be raised more rapidly. This is because the catalyst can be heated not only by the reaction heat between the active oxygen and the unburned fuel component but also by the reaction heat of the CO oxidation reaction.
第3の発明によれば、排気ガス流量の指標値が所定値を超える場合に、触媒昇温制御の実行を抑制することができる。急加速などによって排気ガス流量の指標値が所定値を超えた場合には、反応ガスが触媒内にとどまる時間が短くなるために、活性酸素および未燃燃料成分を添加したとしても、触媒昇温効果が得にくい状態であると判断できる。第3の発明によれば、このような場合に、触媒昇温制御の実行を一時的に抑制することにより、活性酸素や燃料の使用を節約することができる。このため、活性酸素や燃料をより有効に利用することができ、燃費性能を改善することができる。 According to the third invention, when the index value of the exhaust gas flow rate exceeds a predetermined value, execution of the catalyst temperature increase control can be suppressed. If the index value of the exhaust gas flow rate exceeds a predetermined value due to sudden acceleration, etc., the reaction gas stays in the catalyst for a short time, so even if active oxygen and unburned fuel components are added, the catalyst temperature rises. It can be determined that the effect is difficult to obtain. According to the third invention, in such a case, the use of active oxygen or fuel can be saved by temporarily suppressing the execution of the catalyst temperature increase control. For this reason, active oxygen and fuel can be used more effectively, and fuel consumption performance can be improved.
第4の発明によれば、触媒の温度が上昇するにつれて、排気ガス中への活性酸素添加量に対する未燃燃料成分添加量の割合を増大させることができる。触媒の温度が低い場合には、添加された未燃燃料成分の酸化速度が比較的低くなる。このため、活性酸素添加量に対する未燃燃料成分添加量の割合を比較的小さくすることにより、酸化されずに残る未燃燃料成分が生ずることを確実に抑制することができる。一方、触媒の温度が高くなっていくと、未燃燃料成分の酸化速度は速くなる。このため、活性酸素添加量に対する未燃燃料成分添加量の割合を増大させても、未燃燃料成分を残らずに酸化させることが可能である。よって、活性酸素および未燃燃料成分の添加量を上記のように制御することにより、活性酸素や未燃燃料成分をより有効に活用することができるとともに、未燃燃料成分が触媒をすり抜けることを確実に抑制することができる。 According to the fourth invention, as the temperature of the catalyst rises, the ratio of the unburned fuel component addition amount to the active oxygen addition amount in the exhaust gas can be increased. When the temperature of the catalyst is low, the oxidation rate of the added unburned fuel component is relatively low. For this reason, it can suppress reliably that the unburned fuel component which remains without being oxidized arises by making the ratio of the unburned fuel component addition amount with respect to the amount of active oxygen addition comparatively small. On the other hand, as the temperature of the catalyst increases, the oxidation rate of the unburned fuel component increases. For this reason, even if the ratio of the unburned fuel component addition amount to the active oxygen addition amount is increased, the unburned fuel component can be oxidized without remaining. Therefore, by controlling the addition amount of the active oxygen and the unburned fuel component as described above, the active oxygen and the unburned fuel component can be used more effectively, and the unburned fuel component can pass through the catalyst. It can be surely suppressed.
第5の発明によれば、活性酸素としてオゾンを用いることにより、上記効果をより顕著に発揮させることができる。 According to 5th invention, the said effect can be exhibited more notably by using ozone as active oxygen.
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態のシステムは、車両等の動力源として使用される内燃機関10を備えている。本実施形態において、内燃機関10は、4つの気筒13を備えた4気筒型の圧縮着火式内燃機関(ディーゼルエンジン)である。本実施形態の内燃機関10は、ターボチャージャ19を備えている。ターボチャージャ19のコンプレッサにより圧縮された吸入空気は、吸気マニホールド11を介して各気筒13に流入する。各気筒13には、それぞれ、筒内に直接に燃料を噴射する燃料インジェクタ14が設けられている。各燃料インジェクタ14には、コモンレール18に蓄えられた高圧の燃料が供給される。図示しない燃料タンク内の燃料は、サプライポンプ17により加圧され、コモンレール18に供給される。各気筒13から排出される排気ガスは、排気マニホールド12で合流し、ターボチャージャ19のタービンに流入する。タービンを通過した排気ガスは、排気通路15を流れる。
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system of the present embodiment includes an
排気通路15には、NOxを浄化する機能を有するNOx触媒21が設置されている。本実施形態のNOx触媒21は、吸蔵還元型のNOx触媒(NSR: NOx Storage Reduction)であるものとする。すなわち、NOx触媒21は、例えば、アルミナ(Al2O3)の表面に、白金Pt等の貴金属と、NOx吸蔵材とが配置された触媒成分を有している。NOx吸蔵材としては、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る少なくとも一つを用いることができる。なお、本明細書において、「吸蔵」という用語には、「保持」、「吸着」、「吸収」等に類似するすべての概念が含まれるものとする。
A
NOx触媒21の上流側には、オゾン供給ノズル22が設置されている。オゾン供給ノズル22には、複数のオゾン供給口23が設けられている。オゾン供給ノズル22には、オゾン供給通路24を介して、オゾン発生器25が接続されている。図示の構成では、オゾン供給ノズル22は、NOx触媒21を収容するケーシング26の内部であって、NOx触媒21の前方側(上流側)に配置されている。本実施形態では、上述したオゾン発生器25、オゾン供給通路24およびオゾン供給ノズル22により、オゾン供給装置27が構成されている。
An
オゾン発生器25としては、高電圧を印加可能な放電管内に、原料となる乾燥した空気または酸素を流しつつオゾンを発生させる形態や、他の任意の形式のものを用いることができる。ここで原料となる乾燥した空気または酸素は、排気通路15外から取り込まれる気体、例えば外気に含まれる気体である。
As the
上述したようなオゾン供給装置27によれば、オゾン発生器25によってオゾン(O3)を生成させ、このオゾンをオゾン供給ノズル22のオゾン供給口23から噴射することができる。これにより、NOx触媒21の上流側において、排気ガス中にオゾンを添加することができる。
According to the
排気通路15には、NOx触媒21に流入する排気ガスの温度(以下、「触媒入りガス温度」と称する)を検出する温度センサ28と、NOx触媒21の温度(床温)を検出する温度センサ29とが設置されている。
In the
本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)50を更に備えている。ECU50には、前述した燃料インジェクタ14、オゾン発生器25、温度センサ28,29のほか、クランク角センサ46、エアフローメータ47、アクセルポジションセンサ48等の、内燃機関10を制御するための各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。
The system of the present embodiment further includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. The
NOx触媒21の吸蔵材は、例えばBa(NO3)2のような硝酸塩を形成することにより、NOxを吸収する。吸蔵材は、NOxのうち、NO2,NO3あるいはN2O5を良好に吸収することができる。一方、排気ガス中に元々含まれるNOxの多くは、NO(一酸化窒素)である。NOは、そのままでは、吸蔵材に吸収させることができない。そこで、NOx触媒21では、Pt等の貴金属が触媒となることにより、排気ガス中のNOと酸素O2とを反応させてNO2に転換させ、このNO2を吸蔵材に吸収させるようにしている。
The storage material of the
しかしながら、貴金属触媒の活性は、ある温度以上(例えば200℃以上)にならないと発現しない。よって、NOx触媒21の温度がその温度より低い場合には、NOが貴金属触媒によってNO2に酸化されないため、NOxを吸蔵することができない。また、貴金属触媒が十分に活性化するには、より高い温度(例えば300℃程度)が必要となる。このため、NOx触媒21の温度がその温度より低い場合には、NOxを十分に吸蔵することができない。
However, the activity of the noble metal catalyst does not appear unless the temperature is higher than a certain temperature (for example, 200 ° C. or higher). Therefore, when the temperature of the
このため、大気中へのNOxの放出を抑制するためには、内燃機関10の始動直後など、NOx触媒21が低温であるときに、その温度をなるべく早期に上記のような活性温度にまで上昇させることが重要となる。本発明者らは、この課題を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、NOx触媒21の上流側の排気ガス中に未燃燃料成分(以下、「HC」で代表する)とオゾンとを添加することにより、NOx触媒21の温度を迅速に上昇させることができることを見出した。オゾンは、O2と比べ、強い酸化力を有している。このため、オゾンとHCとは、低温域(常温域)においても、気相で、あるいは触媒を介して、効率良く反応することができる。よって、それらをNOx触媒21の上流側で排気ガス中に添加することにより、その反応熱を利用してNOx触媒21を迅速に昇温することができる。
Therefore, in order to suppress the release of NOx into the atmosphere, when the
図2は、上記手法の有効性を実証するために行った試験の結果を示す図である。この試験では、触媒として、γAl2O3にPtを1%担持した1mm角ペレットを使用した。この触媒を、約200℃のモデルガスの気流中に置き、触媒温度を測定した。モデルガスの組成は、HC(ここではC3H6とした)が1000ppm、O2が10%、H2Oが3%、残りがN2である。図2中の上段のグラフは、触媒の温度、および、触媒に流入するモデルガスの温度(以下「入りガス温度」と言う)の測定結果を示す。この試験において、測定開始800秒後からは、触媒に流入するモデルガス中のO2の一部を放電によりオゾンに転化させた。オゾンの濃度は約1000ppmであった。図2中の下段のグラフは、触媒に流入するモデルガス中のオゾン濃度、および、触媒を通過したモデルガス中のHC濃度の測定結果を示す。 FIG. 2 is a diagram showing the results of tests conducted to verify the effectiveness of the above method. In this test, a 1 mm square pellet in which 1% of Pt was supported on γAl 2 O 3 was used as a catalyst. The catalyst was placed in a model gas stream at about 200 ° C., and the catalyst temperature was measured. The composition of the model gas is 1000 ppm for HC (here, C 3 H 6 ), 10% for O 2 , 3% for H 2 O, and the rest for N 2 . The upper graph in FIG. 2 shows the measurement results of the temperature of the catalyst and the temperature of the model gas flowing into the catalyst (hereinafter referred to as “entering gas temperature”). In this test, a portion of O 2 in the model gas flowing into the catalyst was converted into ozone by discharge after 800 seconds from the start of measurement. The concentration of ozone was about 1000 ppm. The lower graph in FIG. 2 shows the measurement results of the ozone concentration in the model gas flowing into the catalyst and the HC concentration in the model gas passing through the catalyst.
図2の下段のグラフに示すように、測定開始800秒後において触媒へのオゾンの流入が開始すると、触媒後流のHC濃度は急に低くなる。これは、HCが、オゾンとの反応によって消費されていることを示す。そして、図2の上段のグラフに示すように、オゾン流入開始後の触媒温度は、それ以前と比べて、高くなっている。これは、HCとオゾンとの反応熱によるものである。 As shown in the lower graph of FIG. 2, when ozone starts to flow into the catalyst 800 seconds after the start of measurement, the HC concentration in the catalyst downstream suddenly decreases. This indicates that HC is consumed by reaction with ozone. As shown in the upper graph of FIG. 2, the catalyst temperature after the start of ozone inflow is higher than before. This is due to the reaction heat between HC and ozone.
上述した試験の結果から、触媒の活性が発現していない低温状態にある場合に、HCとオゾンとを触媒の上流側に供給することにより、触媒温度を迅速に上昇させることが可能であることが実証された。そこで、本実施形態のシステムでは、内燃機関10の始動直後など、NOx触媒21が低温であり、NOx触媒21の温度を迅速に上昇させることが要求される場合に、NOx触媒21の上流側の排気ガス中にオゾンとHCとを添加する制御を実行することとした。この制御を以下「触媒昇温制御」と称する。
From the results of the above-mentioned test, when the catalyst activity is low, the catalyst temperature can be rapidly raised by supplying HC and ozone upstream of the catalyst. Has been demonstrated. Therefore, in the system of the present embodiment, when the
触媒昇温制御において、排気ガス中に添加するオゾンは、前述したオゾン供給装置27によって供給することができる。また、本明細書において、「HCを添加する」とは、NOx触媒21の上流側の排気ガス中のHC濃度を、通常運転時(燃費を最適とするような運転時)と比べて、増加させることを意味するものとする。HCを添加する方法としては、特に限定されないが、例えば、下記の何れかの方法を採用することができる。
(1)内燃機関10の気筒13の膨張行程または排気行程において燃料インジェクタ14から燃料を噴射する方法(すなわちポスト噴射)。
(2)NOx触媒21の上流側の排気通路15に設けた燃料添加弁(図示せず)から燃料を噴射する方法(すなわち、排気系燃料添加)。
(3)大量のEGR(Exhaust Gas Recirculation)を行うことにより、筒内の空燃比を通常時より大幅にリッチ化させ、煤が生成しないような低温で燃焼させる方法(すなわち低温リッチ燃焼)。
In the catalyst temperature increase control, ozone added to the exhaust gas can be supplied by the
(1) A method of injecting fuel from the
(2) A method of injecting fuel from a fuel addition valve (not shown) provided in the
(3) A method in which a large amount of exhaust gas recirculation (EGR) is performed so that the air-fuel ratio in the cylinder is significantly richer than normal, and combustion is performed at a low temperature so as not to generate soot (that is, low temperature rich combustion).
また、ガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関の場合には、燃料噴射量を増量することによって、HCを添加することもできる。 Further, in the case of a spark ignition internal combustion engine such as a gasoline engine, HC can be added by increasing the fuel injection amount.
[実施の形態1における具体的処理]
図3は、上記のような触媒昇温制御を実現するために本実施形態においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。図3に示すルーチンによれば、まず、温度センサ29によって検出されるNOx触媒21の温度が、所定の判定値(本実施形態では300℃とする)未満であるか否かが判別される(ステップ100)。なお、本実施形態では、NOx触媒21の温度を温度センサ29によって直接に検出するようにしているが、本発明では、エンジン回転数、エンジン負荷、排気ガス温度等に基づいてNOx触媒21の温度を推定するようにしてもよい。また、本発明では、このステップ100の判断を、触媒入ガス温度あるいは触媒出ガス温度(触媒を出た排気ガスの温度)に基づいて行うようにしてもよい。
[Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 3 is a flowchart of a routine executed by the
オゾンは、300℃以上程度の高温になると、熱分解し易くなる。このため、NOx触媒21の温度が300℃以上である場合には、オゾン供給口23からオゾンを添加したとしても、その多くは熱分解してしまう。よって、NOx触媒21を昇温させる効果は小さくなる。また、NOx触媒21の温度が300℃以上である場合には、NOx触媒21中の貴金属触媒が十分に活性化しているので、NOxを十分に吸蔵材に吸収することができる。このため、通常は、NOx触媒21の温度を上昇させる必要性もない。そこで、本実施形態では、NOx触媒21の温度が300℃以上になった場合には、触媒昇温制御を停止することとした。このため、上記ステップ100で、NOx触媒21の温度が300℃未満でない(つまり300℃以上である)と判別された場合には、オゾンおよびHCの添加が停止される(ステップ102)。
When ozone reaches a high temperature of about 300 ° C. or higher, it is likely to be thermally decomposed. For this reason, when the temperature of the
一方、上記ステップ100で、NOx触媒21の温度が300℃未満であると判別された場合には、次に、NOx触媒21の空間速度SVの値が所定値α未満であるか否かが判別される(ステップ104)。空間速度SVは、触媒を通過する排気ガス流量を触媒体積で割った値として定義される。この空間速度SVが小さいほど、反応ガスがNOx触媒21内に長くとどまることになる。本実施形態では、エアフローメータ47で検出される吸入空気量に基づいて排気ガス流量を算出し、その排気ガス流量を、予め記憶されたNOx触媒21の体積(容積)で除算することにより空間速度SVの値を取得することができる。
On the other hand, if it is determined in
車両の急加速などによって内燃機関10の負荷が増大すると、排気ガス流量が多くなるので、空間速度SVが大きくなる。つまり、反応ガスがNOx触媒21内にとどまる時間が短くなる。そうすると、オゾンとHCとの反応熱がNOx触媒21に伝熱する時間が不足するようになり、NOx触媒21を昇温させる効率が低下する。そこで、本実施形態では、空間速度SVが所定値α以上である場合には、触媒昇温制御を停止することとした。
When the load on the
すなわち、上記ステップ104で、空間速度SVの値が所定値α未満でない(所定値α以上である)と判別された場合には、反応ガスがNOx触媒21内にとどまる時間が短いために、オゾンおよびHCを添加したとしても、NOx触媒21を昇温する効果が得にくい状態であると判断できる。そこで、この場合には、オゾンや燃料の使用を節約するため、オゾンおよびHCの添加が停止される(ステップ102)。このように、本実施形態によれば、急加速などによって排気ガス流量が増大し、オゾンおよびHCの添加による触媒昇温の効果が得にくい場合に、それらの添加を停止(中断)することができる。このため、オゾンや燃料をより有効に利用することができ、燃費性能を改善することができる。
That is, when it is determined in
一方、上記ステップ104で、空間速度SVの値が所定値α未満であると判別された場合には、オゾンおよびHCの添加による触媒昇温効果が十分に得られる状態であると判断できる。そこで、この場合には、触媒昇温制御、つまりオゾンおよびHCの添加が実行される(ステップ106)。すなわち、オゾン供給装置27により排気ガス中にオゾンが添加されるとともに、所定のHC添加方法(前述したポスト噴射、排気系燃料添加、低温リッチ燃焼、燃料噴射量増量等)を実行することにより、排気ガス中にHCが添加される。
On the other hand, if it is determined in
触媒昇温制御により排気ガス中に添加されたオゾンおよびHCは、気相で、あるいはNOx触媒21中の貴金属触媒を介して、低温から効率良く反応し、反応熱を発生する。このため、本実施形態によれば、内燃機関10の始動直後等、NOx触媒21が低温の場合に、NOx触媒21の温度を、十分な活性が得られる温度以上にまで迅速に上昇させることができる。よって、大気中への有害物質の排出を十分に抑制することができる。
Ozone and HC added to the exhaust gas by the catalyst temperature rise control efficiently react from a low temperature through the noble metal catalyst in the gas phase or in the
図4は、触媒昇温制御実行時の、排気ガス中へのオゾンおよびHCの添加量と、NOx触媒21の温度との関係を示す図である。上記ステップ106では、この図4のようなマップに従い、NOx触媒21の温度に応じてオゾンおよびHCの添加量を制御することが好ましい。図4に示すマップによれば、NOx触媒21の温度が上昇するにつれて、オゾン添加量に対するHC添加量の割合が増大するように、両者の添加量が制御される。これにより、次のような利点がある。NOx触媒21の温度が低い場合には、HCの酸化速度が比較的低くなる。このため、オゾン添加量に対するHC添加量の割合を比較的小さくすることにより、酸化されずに残るHCが生ずることを確実に抑制することができる。一方、NOx触媒21の温度が高くなっていくと、HCの酸化速度は速くなる。このため、オゾン添加量に対するHC添加量の割合を増大させても、HCを残らずに酸化させることが可能である。よって、オゾンおよびHCの添加量を上記のように制御することにより、オゾンやHCをより有効に活用することができるとともに、HCがNOx触媒21をすり抜けることを確実に抑制することができる。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the amounts of ozone and HC added to the exhaust gas and the temperature of the
図5は、内燃機関10の始動後におけるNOx触媒21の温度およびエンジン出ガス温度(内燃機関10を出た排気ガスの温度)の時間経過を測定したデータを示す図である。図5中の破線で示す触媒温度は、上述した図3に示すルーチンによる触媒昇温制御を実行した場合の測定データである。なお、上方の矢印で示された期間が、オゾンおよびHCの添加が実行された期間である。一方、図5中の実線で示す触媒温度は、比較例であり、触媒昇温制御を実行しなかった場合、つまりオゾンおよびHCを添加しなかった場合の測定データである。
FIG. 5 is a diagram showing data obtained by measuring the time passage of the temperature of the
図5に示す測定データによれば、触媒昇温制御を実行した場合には、実行しなかった場合と比べて、NOx触媒21の温度を、十分な活性が得られる温度(ここでは300℃)まで迅速に上昇させることができるとともに、その温度を確実に維持することができることが明らかとなった。
According to the measurement data shown in FIG. 5, when the catalyst temperature increase control is executed, the temperature of the
なお、本実施形態では、NOx触媒21の温度が300℃以上になった場合や空間速度SVが所定値α以上である場合に、オゾンおよびHCの添加を停止するようにしている(上記ステップ102)が、本発明では、オゾンおよびHCの添加を完全に停止するのではなく、それらの添加を抑制する(つまり添加量を減少させる)だけにしてもよい。
In the present embodiment, the addition of ozone and HC is stopped when the temperature of the
また、図5に示す例では、内燃機関10の始動直後に触媒昇温制御を実行した場合を示したが、本発明では、触媒昇温制御の実行時期は、始動直後に限定されるものではない。例えば、NOx還元(還元剤をNOx触媒21に供給し、吸蔵されたNOxを還元浄化する処理)や、硫黄被毒再生、PM再生(捕集された粒子状物質を燃焼除去する処理)等を行うために触媒温度を上昇させる場合に、触媒昇温制御(オゾンおよびHCの添加)を実行するようにしてもよい。
In the example shown in FIG. 5, the case where the catalyst temperature increase control is executed immediately after the start of the
また、本実施形態では、触媒昇温制御の対象が吸蔵還元型NOx触媒であるものとして説明したが、本発明で触媒昇温制御の対象とする触媒はこれに限定されるものではなく、例えば、選択還元型NOx触媒、三元触媒、酸化触媒などであってもよい。 Further, in the present embodiment, the target of the catalyst temperature increase control is described as the NOx storage reduction catalyst, but the catalyst that is the target of the catalyst temperature increase control in the present invention is not limited to this, for example, Alternatively, a selective reduction type NOx catalyst, a three-way catalyst, an oxidation catalyst, or the like may be used.
また、本実施形態では、内燃機関10が圧縮着火式であるものとして説明したが、本発明は、火花点火式の内燃機関にも適用可能である。
In the present embodiment, the
また、本実施形態のオゾン供給装置27では、オゾン発生器25により生成されたオゾンをそのまま排気通路15内に供給するように構成されているが、本発明では、オゾンを予め生成、貯留しておき、その貯留されたオゾンを必要時に排気通路15内に供給するようにしてもよい。
Further, the
また、本実施形態では、活性酸素としてオゾンを排気ガス中に添加しているが、本発明では、オゾンに代えて、他の種類の活性酸素(例えば、O-,O2-,O2 -,O3 -,On -等で表される酸素マイナスイオン)を排気ガス中に添加するようにしてもよい。 In the present embodiment, ozone is added to the exhaust gas as active oxygen. However, in the present invention, other types of active oxygen (for example, O − , O 2− , O 2 −) are used instead of ozone. , O 3 − , O n −, etc.) may be added to the exhaust gas.
上述した実施の形態1においては、ECU50が、ポスト噴射、排気系燃料添加等の所定の方法によって未燃燃料成分としてのHCを添加することにより前記第1の発明における「未燃燃料成分供給手段」が、上記ステップ106の処理を実行することにより前記第1の発明における「触媒昇温手段」が、エアフローメータ47の出力に基づいて空間速度SVを算出することにより前記第3の発明における「流量指標値算出手段」が、上記ステップ104および102の処理を実行することにより前記第3の発明における「触媒昇温制御抑制手段」が、図4に示すマップに基づいてオゾンおよびHCの添加量を制御することにより前記第4の発明における「添加割合制御手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the
実施の形態2.
次に、図6および図7を参照して、本発明の実施の形態2について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
Embodiment 2. FIG.
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 and FIG. 7. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be described. Simplify or omit.
本実施形態のハードウェア構成は、前述した図1に示す構成とほぼ同様である。ただし、本実施形態では、NOx触媒21に、触媒成分としてAg(銀)が更に追加されているものとする。
The hardware configuration of this embodiment is almost the same as the configuration shown in FIG. However, in this embodiment, it is assumed that Ag (silver) is further added to the
本実施形態では、実施の形態1と同様に、NOx触媒21の温度を上昇させることが要求される場合に、NOx触媒21の上流側にオゾンおよびHCを添加することにより、NOx触媒21の温度を迅速に上昇させることができる。その際、添加されたオゾンおよびHCの反応によって、CO(一酸化炭素)が発生する。COは有害であるため、酸化させてCO2へと浄化することが好ましい。しかしながら、COとオゾンとの反応性は、NOやHCとオゾンとの反応性に比べて低い。このため、気相中でオゾンとCOとを反応させることによってCOを酸化させることは困難である。
In the present embodiment, as in the first embodiment, when it is required to increase the temperature of the
本発明者らは、触媒低温時にCOを十分に浄化するべく鋭意研究を重ねた結果、Agを含む触媒(以下、「Ag触媒」と称する)が、オゾン共存下において、COを効率良く酸化させる活性を、100℃程度の低温から発現することを見出した。図6は、オゾン共存下でAg触媒がCOを酸化させるメカニズムを示す図である。この図に示すように、Agがオゾンと反応することによって、より強力な酸化剤であるAg2OまたはAgOに変化する。このAg2OまたはAgOによってCOがCO2に酸化されるものと考えられる。 As a result of intensive studies to sufficiently purify CO at a low temperature of the catalyst, the present inventors have found that a catalyst containing Ag (hereinafter referred to as “Ag catalyst”) efficiently oxidizes CO in the presence of ozone. It has been found that the activity is expressed from a low temperature of about 100 ° C. FIG. 6 is a diagram showing a mechanism by which an Ag catalyst oxidizes CO in the presence of ozone. As shown in this figure, when Ag reacts with ozone, it changes to Ag 2 O or AgO, which is a stronger oxidizing agent. It is considered that CO is oxidized to CO 2 by this Ag 2 O or AgO.
本実施形態では、上記のような知見に基づいて、触媒昇温制御において添加されたオゾンおよびHCの反応によって発生したCOを浄化するべく、NOx触媒21に、Agを含有させることとした。これにより、本実施形態では、触媒昇温制御で添加されたオゾンおよびHCの反応によってCOが発生した場合であっても、NOx触媒21中のAg触媒によって、このCOを酸化させて浄化することができる。このため、COがNOx触媒21の下流に流れることを確実に抑制することができる。
In the present embodiment, based on the above knowledge, the
また、このCOの酸化反応によって反応熱が発生するので、NOx触媒21の温度を更に迅速に上昇させることができるという利点もある。この点を実証するため、前述した実施の形態1と同様の試験を行った。図7は、その試験の結果を示す図である。この試験では、触媒として、γAl2O3にPtを1%、Agを10wt%担持した1mm角ペレットを使用した。その他の試験条件は、実施の形態1の試験と同様である。
Further, since heat of reaction is generated by the oxidation reaction of CO, there is an advantage that the temperature of the
図7に示す試験結果から明らかなように、オゾンおよびHCが添加された場合に、Agを含有した触媒では、Agを含有しない触媒と比べて、温度が更に高くなる。これは、オゾンとHCとの反応熱に加えて、COの酸化反応熱によって触媒が加熱されるためであると考えられる。 As is apparent from the test results shown in FIG. 7, when ozone and HC are added, the temperature of the catalyst containing Ag is higher than that of the catalyst not containing Ag. This is considered to be because the catalyst is heated by the heat of oxidation reaction of CO in addition to the heat of reaction of ozone and HC.
このように、本実施形態によれば、触媒昇温制御の対象とする触媒にAgを含有させることにより、触媒温度をより迅速に上昇させることができるので、触媒暖機性を更に向上することができる。 As described above, according to the present embodiment, the catalyst temperature can be increased more quickly by adding Ag to the catalyst that is the target of the catalyst temperature increase control, thereby further improving the catalyst warm-up property. Can do.
10 内燃機関
11 吸気マニホールド
12 排気マニホールド
13 気筒
14 燃料インジェクタ
15 排気通路
17 サプライポンプ
18 コモンレール
19 ターボチャージャ
21 NOx触媒
22 オゾン供給ノズル
23 オゾン供給口
24 オゾン供給通路
25 オゾン発生器
26 ケーシング
27 オゾン供給装置
28,29 温度センサ
50 ECU
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記触媒の上流側に活性酸素を供給する活性酸素供給装置と、
前記触媒の上流側の排気ガス中の未燃燃料成分濃度を通常時より増加させる未燃燃料成分供給手段と、
前記触媒の温度を上昇させることが要求される場合に、前記活性酸素供給装置により前記触媒の上流側に活性酸素を供給するとともに前記触媒の上流側の排気ガス中の未燃燃料成分濃度を前記未燃燃料成分供給手段により増加させる、触媒昇温制御を実行する触媒昇温手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。 A catalyst disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine for purifying harmful components in the exhaust gas;
An active oxygen supply device for supplying active oxygen to the upstream side of the catalyst;
Unburned fuel component supply means for increasing the unburned fuel component concentration in the exhaust gas upstream of the catalyst from the normal time;
When it is required to increase the temperature of the catalyst, active oxygen is supplied to the upstream side of the catalyst by the active oxygen supply device, and the concentration of unburned fuel components in the exhaust gas upstream of the catalyst is A catalyst temperature raising means for performing catalyst temperature raising control, which is increased by the unburned fuel component supply means;
An exhaust gas purifying device for an internal combustion engine, comprising:
前記指標値が所定値を超える場合に、前記触媒昇温制御の実行を抑制する触媒昇温制御抑制手段と、
を備えることを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。 A flow rate index value calculating means for calculating an index value of the exhaust gas flow rate;
A catalyst temperature increase control suppressing means for suppressing execution of the catalyst temperature increase control when the index value exceeds a predetermined value;
The exhaust gas purifying device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, further comprising:
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