JP2005002833A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine capable of sufficiently reducing unburned fuel passing through an NOx absorption and reduction device and discharged into the atmosphere and suppressing the generation of white smoke when an air-fuel ratio condition of exhaust gas is rich air-fuel ratio. <P>SOLUTION: This exhaust emission control device is provided with the NOx absorption and reduction device 1 which absorbs NOx when exhaust gas is in a lean air-fuel ratio condition and discharges the absorbed NOx when exhaust gas is in a rich air-fuel ratio condition for reduction and purification and a hydrogen generation device 3 arranged on the downstream side of the NOx absorption and reduction device to generate hydrogen from unburned fuel in exhaust gas when exhaust gas is in the rich air-fuel ratio condition. Even if a part of unburned fuel in exhaust gas passes through the NOx absorption and reduction device when exhaust gas is in the rich air-fuel ratio condition, HC which is the unburned fuel is converted into hydrogen by the hydrogen generation device to reduce unburned fuel discharged into the atmosphere sufficiently. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関においてディーゼル燃焼又は成層燃焼のようなリーンバーンを実施すると比較的多くのNOが生成される。NOの大気放出を抑制するために、機関排気系には、NO吸蔵還元装置を配置することが提案されている。NO吸蔵還元装置は、排気ガスがリーン空燃比状態の時に良好にNOを吸蔵し、一方、排気ガスをリッチ空燃比状態とすれば、吸蔵されたNOを放出して排気ガス中に含まれる還元物質により還元浄化することができる。
【0003】
ところで、NO吸蔵還元装置は、排気ガス中のSOをNOと同様なメカニズムによって吸蔵してしまう。SOを吸蔵すると、その分、NOを吸蔵することができなくなるために、SO吸蔵量が多くなる以前に吸蔵されたSOを放出しなければならず、そのためには、NO吸蔵還元装置を昇温して排気ガスをリッチ空燃比とすることが必要となる。
【0004】
このように、NO吸蔵還元装置では、NOを放出させて還元浄化するNO還元処理に加えて、SOを放出させる回復処理を実施しなければならず、いずれの処理においても、リーンバーン時において排気ガスをリッチ空燃比状態とすることが必要となる。そのためには、膨張行程又は排気行程において気筒内へ燃料を供給したり、又は、機関排気系へ燃料を供給したりすることとなる。
【0005】
このように排気ガスへ供給された未燃燃料(HC)が、NO吸蔵還元装置において排気ガス中の酸素により酸化されて、また、放出されたNO又はSOの還元に使用されて、ほぼ完全に消費されれば問題はないが、その一部がNO吸蔵還元装置を単に通過して大気中へ放出され白煙を発生することがある。これを抑制するために、NO吸蔵還元装置の下流側に、Oストレージ機能を有する酸化触媒装置を配置することが提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。このような構成により、NO吸蔵還元装置を通過した一部の未燃燃料を含むリッチ空燃比状態の排気ガスが酸化触媒装置へ流入する時には、Oストレージ機能により酸素が放出され、この酸素を使用して未燃燃料を良好に酸化させることができるとしている。
【0006】
【特許文献1】
特許第2658756号公報
【特許文献2】
特開2001−227333号公報
【特許文献3】
特開2001−205085号公報
【特許文献4】
特開2001−300262号公報
【特許文献5】
特開2001−303942号公報
【特許文献6】
特開2002−115524号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、酸化触媒装置の有するOストレージ機能によって十分な量の酸素が放出されれば、NO吸蔵還元装置を通過した未燃燃料を良好に酸化させることが可能である。しかしながら、特に、回復処理においては、時間短縮のために排気ガス中へ比較的多量の燃料を供給して空燃比状態を過リッチとすることがあり、この時には、Oストレージ機能によって空燃比状態を理論空燃比とするほどの多量の酸素を放出することはできず、酸化触媒装置において依然として酸化することができなかった未燃燃料が大気中へ放出されて白煙を発生してしまう。
【0008】
従って、本発明の目的は、排気ガスの空燃比状態をリッチ空燃比とした時にNO吸蔵還元装置を通過して大気中へ放出される未燃燃料を十分に低減して白煙の発生を抑制することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスがリーン空燃比状態の時にNOを吸蔵し、排気ガスがリッチ空燃比状態の時に吸蔵したNOを放出して還元浄化するNO吸蔵還元装置と、前記NO吸蔵還元装置の下流側に配置されて排気ガスがリッチ空燃比状態の時に排気ガス中の未燃燃料から水素を生成する水素生成装置とを具備することを特徴とする。この内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガスがリッチ空燃比状態とされる時に排気ガス中の未燃燃料の一部がNO吸蔵還元装置を通過しても、この未燃燃料であるHCは水素生成装置によって水素へ転化され、大気中へ放出される未燃燃料が十分に低減される。
【0010】
また、本発明による請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記水素生成装置は、排気ガスがリーン空燃比状態の時に排気ガス中の還元成分を酸化する酸化機能を有していることを特徴とする。この内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガスがリーン空燃比状態とされた時の排気ガス中の未燃燃料であるHCは水素生成装置の酸化機能によって酸化される。
【0011】
また、本発明による請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記NO吸蔵還元装置の上流側には、酸化機能を有する触媒装置が配置され、前記NO吸蔵還元装置を昇温させる時には前記触媒装置において未燃燃料を燃焼させて前記NO吸蔵還元装置へ流入する排気ガス温度を高めることを特徴とする。この内燃機関の排気浄化装置によれば、NO吸蔵還元装置は、触媒装置における未燃燃料の燃焼により温度を高めた排気ガスによって均一に昇温させられる。
【0012】
また、本発明による請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項2又は3に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記水素生成装置は、担体上にコート材によって酸化触媒とロジウム担持ジルコニアとを担持させたものであることを特徴とする。この内燃機関の排気浄化装置によれば、水素生成装置において、担体上の酸化触媒が酸化機能を提供し、担体上のロジウム担持ジルコニアが未燃燃料であるHCを水素に転化する。
【0013】
また、本発明による請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記酸化触媒を担持するアルミナと前記ロジウム担持ジルコニアとが前記コート材によって前記担体上に担持されていることを特徴とする。この内燃機関の排気浄化装置によれば、水素生成装置において、酸化触媒とロジウムとが接触する機会が減少する。
【0014】
また、本発明による請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記酸化触媒を担持する前記アルミナは、前記ロジウム担持ジルコニアとは別に製造され、前記アルミナと前記ロジウム担持ジルコニアとは混合されて前記コート材により前記担体上に担持されることを特徴とする。
【0015】
また、本発明による請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1から6のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記水素生成装置には、NO吸収剤が担持されていることを特徴とする。この内燃機関の排気浄化装置によれば、NO吸蔵還元装置からNOを放出させた時において、一部のNOが還元浄化されずに水素生成装置に到来した時には、このNOを水素生成装置のNO吸収剤が吸収する。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。本排気浄化装置が取り付けられる内燃機関は、例えば、ディーゼルエンジン又は成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関である。ディーゼル燃焼及び成層燃焼のようなリーンバーンでは、比較的多量のNOが生成されるために、大気中へのNO放出量を十分に低減することが必要となる。そのために、図1に示す本排気浄化装置では、機関排気系に配置されたNO吸蔵還元装置1を具備している。
【0017】
図2はNO吸蔵還元装置1の側面断面図を示し、図3はNO吸蔵還元装置1の排気上流側の部分正面図である。NO吸蔵還元装置1は、円形断面を有し、例えば、コージライトのような多孔質材料から形成されたハニカム構造をなすウォールフロー型とされている。多数の軸線方向に延在する隔壁1aによって細分された多数の軸線方向空間が形成されている。隣接する二つの軸線方向空間において、栓1bによって、一方は排気下流側で閉鎖され、他方は排気上流側で閉鎖される。こうして、隣接する二つの軸線方向空間の一方は排気ガスの流入通路1cとなり、他方は流出通路1dとなり、排気ガスは、図2に矢印で示すように、必ず隔壁1aを通過するようになっている。隔壁1aの両側表面上、及び、好ましくは隔壁1a内の細孔表面上にもアルミナ等を使用して以下に説明するNO吸収剤と白金Pt又はパラジウムPd等の貴金属酸化触媒とが担持されている。
【0018】
ところで、特にディーゼルエンジンの排気ガス中には、煤を主成分とするパティキュレートが含まれている。本NO吸蔵還元装置1のように、排気ガスが多孔質材料から形成された隔壁1aを通過するようにすれば、排気ガス中のパティキュレートは、隔壁1aの細孔の大きさに比較して非常に小さいものであるが、隔壁1aの排気上流側表面及び隔壁1a内の細孔表面上に衝突して捕集される。こうして、各隔壁1aをパティキュレートの捕集壁として機能させることができる。もちろん、本NO吸蔵還元装置1が接続される内燃機関がパティキュレートを殆ど排出しない場合や、機関排気系に別にパティキュレートを捕集するためのフィルタが設けられている場合には、本NO吸蔵還元装置1においてパティキュレートを捕集する必要はなく、栓1bを省略して排気ガスが隔壁1aに沿って通過するようにしても良い。
【0019】
NO吸収剤は、本実施形態において、カリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCs、ルビジウムRbのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCa、ストロンチウムSrのようなアルカリ土類金属、ランタンLa、イットリウムYのような希土類、及び遷移金属から選ばれた少なくとも一つが用いられている。このNO吸収剤は、近傍雰囲気の空燃比がリーンの時にはNOを吸収し、空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したNOを放出するNO吸放出作用を行う。
【0020】
次に、このNO吸収剤におけるNOの吸放出作用を、隔壁1a上に白金Pt及びカリウムKを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、貴土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【0021】
ディーゼル燃焼及び成層燃焼に係わらず、空燃比がリーンの状態で燃焼が行われている場合には、排気ガス中の酸素濃度は高く、この時には、これら酸素OがO 又はO2−の形で白金Ptの表面に付着する。一方、排気ガス中のNOは白金Ptの表面上でO 又はO2−と反応し、NOとなる(2NO+O→2NO)。次いで生成されたNOの一部は白金Pt上で酸化されつつNO吸収剤内に吸収され、カリウムKと結合しながら硝酸イオンNO の形でNO吸収剤内に拡散し、硝酸カリウムKNOを生成する。このようにして、NOがNO吸収剤内に吸収される。近傍雰囲気の酸素濃度が高い限り白金Ptの表面でNOが生成され、NO吸収剤のNO吸収能力が飽和しない限り、NOがNO吸収剤内に吸収されて硝酸イオンNO が生成される。
【0022】
一方、近傍雰囲気の空燃比がリッチにされると酸素濃度が低下し、その結果白金Ptの表面でのNOの生成量が低下する。NOの生成量が低下すると反応が逆方向(NO →NO)に進み、斯くしてNO吸収剤内の硝酸イオンNO がNOの形でNO吸収剤から放出される。この時にNO吸収剤から放出されたNOは近傍雰囲気中に含まれるHC及びCO等と反応して還元せしめられる。このようにして白金Ptの表面上にNOが存在しなくなるとNO吸収剤から次から次へとNOが放出される。従って、近傍雰囲気の空燃比がリッチにされると短時間のうちにNO吸収剤からNOが放出され、しかもこの放出されたNOがNに還元されるために大気中へNOが排出されることはない。
【0023】
また、本NO吸蔵還元装置1のように隔壁1aをパティキュレートの捕集壁として機能させる場合には、捕集パティキュレートを良好に酸化除去することができる。次に、このメカニズムを説明する。前述したように、NOは、白金Ptを介して硝酸イオンNO の形でNO吸収剤内に吸収されている。このNO吸収剤にパティキュレートが付着すると、パティキュレートとNO吸収剤との接触面では酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高いNO吸収剤内との間で濃度差が生じ、斯くしてNO吸収剤内の酸素がパティキュレートとNO吸収剤との接触面に向けて移動しようとする。その結果、NO吸収剤内の硝酸イオンNO は、酸素OとNOとに分解され、酸素OがパティキュレートとNO吸収剤との接触面に向かい、NOがNO吸収剤から外部に放出される。外部に放出されたNOは下流側の白金Pt上において酸化され、再びNO吸収剤内に吸収される。
【0024】
一方、パティキュレートとNO吸収剤との接触面に向かう酸素Oは硝酸塩、すなわち、化合物から分解された酸素である。化合物から分解された酸素Oは高いエネルギを有しており、極めて高い活性を有する。従って、パティキュレートとNO吸収剤との接触面に向かう酸素は活性酸素Oとなっている。これら活性酸素Oがパティキュレートに接触するとパティキュレートは輝炎を発することなく酸化せしめられる。また、パティキュレートを酸化する活性酸素Oは、NO吸収剤へNOが吸収される時にも放出される。また、NOは酸素原子の結合及び分離を繰り返しつつNO吸収剤内において硝酸イオンNO の形で拡散するものと考えられ、この間にも活性酸素が発生する。パティキュレートはこの活性酸素によっても酸化せしめられる。また、パティキュレートは排気ガス中の酸素によっても酸化せしめられる。このように、本NO吸蔵還元装置1は、排気ガス中のNO浄化と共に、捕集したパティキュレートを酸化除去することができる。
【0025】
ところで、NO吸収剤のNO吸収能力には限度がある。もし、NO吸収剤のNO吸収能力が飽和すれば、排気ガス中の新たなNOを吸蔵することができなくなり、NOを良好に浄化することができなくなる。それにより、NO吸収剤のNO吸収能力が飽和する以前にNO吸収剤からNOを放出させる必要がある。すなわち、NO吸蔵還元装置1に吸蔵されているNO量がNO貯蔵可能量に達する以前に、NOを放出させて還元浄化するNO還元処理が必要とされる。このNO還元処理によって、NOを一気に放出させれば同時に多量の活性酸素も放出されるために、これは捕集パティキュレートの酸化除去にも有利である。
【0026】
このNO還元処理を実施するためには、NO吸蔵還元装置1に吸蔵されているNO量を推定する必要がある。内燃機関の単位時間当たりのNO排出量は、要求負荷及び機関回転数の関数としてマップ化することができる。例えば、この単位時間当たりのNO排出量を積算して、これをNO吸蔵還元装置1に吸蔵されているNO量と推定しても良い。このNO吸蔵量が予め定められた許容値を越えたときにNO吸蔵還元装置1を再生するために、排気ガスの空燃比は理論空燃比又はリッチ空燃比とされる。
【0027】
ところで、NO吸収剤は、前述したように、排気ガス中のNOだけでなく、燃料中に含まれる硫黄分によって生成されるSOも吸蔵してしまう。SOは、硫酸塩の形で吸収され、この硫酸塩も硝酸塩と同様なメカニズムによって活性酸素を放出可能である。しかしながら、硫酸塩は、安定な物質であるために、前述のNO還元処理等によって近傍雰囲気をリッチ空燃比としてもNO吸収剤から放出され難く、実際には、NO吸蔵還元装置1に残留して、吸蔵量が徐々に増加する。NO吸蔵還元装置1の硝酸塩又は硫酸塩の吸蔵可能量は有限であり、NO吸蔵還元装置1における硫酸塩の吸蔵量が増加すれば(以下、S被毒と称する)、その分、硝酸塩の吸蔵可能量が減少し、遂には、全くNOを吸収することができなくなってしまう。
【0028】
これを防止するために、NO吸蔵還元装置1におけるSO吸蔵量が所定値に達した時には、SOを放出させるS被毒回復処理を実施しなければならない。NO吸蔵還元装置1に吸蔵されるSOは、主に燃料に含まれる硫黄によって生成されたものであるために、この回復処理を実施する時期は、これまでに消費した燃料を積算して、この積算燃料量が設定量に達した時とすることができる。
【0029】
回復処理は、NO吸蔵還元装置1を約600°Cに昇温して、排気ガスの空燃比をリッチにすれば良い。NO吸蔵還元装置1を昇温するためには、リーンバーンにより排気ガス中に比較的多くの酸素が含まれている時に、膨張行程又は排気行程において気筒内に燃料を噴射するか、又は、NO吸蔵還元装置1の上流側において機関排気系へ燃料を供給する等して、NO吸蔵還元装置1へ十分な酸素と未燃燃料とを供給し、NO吸蔵還元装置1の有する酸化能力によって未燃燃料を十分に燃焼させれば良い。NO吸蔵還元装置1は、この時の燃焼熱によって昇温される。
【0030】
ところで、ディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射時期を固定した状態で燃焼室内へ供給する不活性ガス(例えば、EGRガス)量を増大していくと、煤の発生量が次第に増大してピークに達する。さらに不活性ガス量を多くすると、燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度を煤が生成される温度より低い温度に抑制され、それにより、燃焼室内において煤が生成されるのを抑制する燃焼を実現することができる(特許第3116876号参照)。この燃焼は低温燃焼と称され、排気ガス中に比較的多くのHC及びCOを含んでいる。こうして、回復処理において、NO吸蔵還元装置1を昇温するのに、リーン空燃比での低温燃焼を実施するようにしても良い。
【0031】
いずれにしても、NO吸蔵還元装置1へ酸素と共に未燃燃料(HC)を供給すると、未燃燃料(HC)は主にNO吸蔵還元装置1の排気上流部において燃焼し、この燃焼熱は排気ガスと共に直ぐに排気下流部へ移動してしまう。それにより、排気上流部は意図するように加熱することができず、排気下流部だけが過剰に加熱されることがある。このようにNO吸蔵還元装置1の昇温が不均一となると、その後に、排気ガスの空燃比をリッチとしても、特に排気上流部からはSOを放出させることができず、また、排気下流部は溶損する可能性もある。
【0032】
本実施形態では、図1に示すように、NO吸蔵還元装置1の上流側に、白金Pt又はパラジウムPd等の酸化触媒を担持して酸化能力を有する酸化触媒装置2が配置されている。酸化触媒装置2の担体は、例えば、コージライト、メタル、又はSiCから形成されたハニカム構造を有し、特に、本実施形態のNO吸蔵還元装置1のように栓によりウォールフロー型とはされていない。4は酸化触媒装置2の上流側に位置して、低温燃焼又は前述した気筒内への燃料供給に依らずに、排気ガス中に燃料を供給するための燃料供給装置である。こうして、回復処理において、NO吸蔵還元装置1を昇温するための酸素及び未燃燃料は、いずれにしても、NO吸蔵還元装置1ではなく、酸化触媒装置2へ供給されるようになっている。それにより、未燃燃料は酸化触媒装置2において燃焼し、この燃焼熱によって加熱された排気ガスがNO吸蔵還元装置1へ流入する。こうして、NO吸蔵還元装置1は、高温度の排気ガスによって加熱されるために、ほぼ均一に昇温される。
【0033】
5は、酸化触媒装置2から流出する排気ガスの温度、すなわち、NO吸蔵還元装置1へ流入する排気ガスの温度を検出する第一温度センサである。この第一温度センサ5によって排気ガスの温度を監視して、この排気ガスの温度が600°Cより僅かに高くなるように燃料供給装置4による供給燃料を調量することにより、NO吸蔵還元装置1を約600°Cへ昇温することができる。NO吸蔵還元装置1の直下流側には、NO吸蔵還元装置1から流出する排気ガスの温度を検出するための第二温度センサ6が配置されている。NO吸蔵還元装置1から流出する排気ガスの温度は、ほぼNO吸蔵還元装置1の温度に一致するために、第二温度センサ6によって排気ガスの温度を監視して、燃料供給装置4による供給燃料をさらに調量することが好ましい。NO吸蔵還元装置1が700°C以上に昇温されると、担持させた白金Pt等の酸化触媒がシンタリングを起こして機能低下するために、第二温度センサ6によりNO吸蔵還元装置1の温度を監視して、これが起こらないようにすることが好ましい。もちろん、これら温度センサ5,6による排気ガス温度の監視は、回復処理において燃料供給装置4が使用されない場合に、NO吸蔵還元装置1を約600°Cへ昇温するための低温燃焼時の空燃比制御や、膨張行程又は排気行程での気筒内への燃料噴射量制御にも利用することができる。
【0034】
こうして、NO吸蔵還元装置1が約600°Cへ昇温されると、排気ガスの空燃比は所望のリッチ空燃比とされる。このためには、所望のリッチ空燃比での低温燃焼を実施したり、膨張行程又は排気行程で気筒内へ燃料を噴射したり、又は、燃料供給装置4によって機関排気系に燃料を供給したりすれば良い。回復処理中にNO吸蔵還元装置1の温度が大幅に低下しないように、回復処理は短時間で完了しなければならず、そのためには、所望のリッチ空燃比として、13.8から14.5のようにリッチ程度の高い空燃比が選択される。回復処理中において、排気ガス中のHC及びCO等の還元物質は、NO吸蔵還元装置1から放出されたSOの還元に使用されるために、NO吸蔵還元装置1から流出する排気ガスの空燃比状態は、NO吸蔵還元装置1へ流入する排気ガスの空燃比状態に比較してリッチ程度が低くなる。それにより、NO吸蔵還元装置1の下流側に配置された空燃比センサ7によってNO吸蔵還元装置1から流出する排気ガスの空燃比状態を監視し、これがNO吸蔵還元装置1へ流入する排気ガスの空燃比状態と一致した時に、回復処理が完了したと判断することができる。NO吸蔵還元装置1からNOを放出して還元浄化するNO還元処理は、S被毒回復処理に比較して非常に短時間で終了するために、設定時間だけ排気ガスの空燃比をリッチとすれば良いが、もちろん、回復処理と同様に、完了時を判断することができる。
【0035】
リッチ空燃比の排気ガス中に過剰に含まれる未燃燃料は、酸化触媒装置2及びNO吸蔵還元装置1において、排気ガス中の酸素により燃焼されて消費されると共に、NO吸蔵還元装置1において放出されたSOを還元するのに使用されて消費される。しかしながら、一部の未燃燃料であるHCは、反応することなくNO吸蔵還元装置1を通過し、そのままでは、大気中へ放出され白煙を発生してしまう。この問題は、NOを放出させて還元浄化するNO吸蔵還元装置1のNO還元処理を実施する時において、排気ガスの空燃比をリッチにする(回復処理と同様なリッチ化の方法が使用可能である)場合にも発生することがある。
【0036】
本実施形態において、図1に示すように、NO吸蔵還元装置1の下流側には、水素生成装置3が配置されている。それにより、リッチ空燃比状態の排気ガスと共にNO吸蔵還元装置1を通過する未燃燃料HCは、水素生成装置3において、排気ガス中の水蒸気HOと反応して、水素Hと二酸化炭素COとに変換され、大気中へ放出される未燃燃料HCを白煙が発生しないほど十分に低減することができる。
【0037】
水素生成装置3の担体(基材)は、例えば、コージライトから形成されたハニカム構造を有し、特に、本実施形態のNO吸蔵還元装置1のように栓によってウォールフロー型とはされていない。この担体上には、ロジウム担持ジルコニア(Rh/ZrO)がコートされ、このロジウム担持ジルコニアの触媒作用によって前述の水素生成反応がもたらされる。
【0038】
また、水素生成装置3の担体に、白金Pt又はパラジウムPd等の酸化触媒をさらに担持させることにより、排気ガスがリーン状態の時に未燃燃料を酸化させることができる。それにより、この時において大気中へ放出される未燃燃料を十分に低減して白煙の発生を防止することができる。
【0039】
このように、水素生成装置3に酸化触媒を担持させる場合において、酸化触媒である白金Pt又はパラジウムPb等は、ロジウムRhとの接触によりシンタリングを発生することが分かっている。それにより、酸化触媒とロジウムRhとが担体上で接触し難くすることが望ましい。
【0040】
本水素生成装置3では、図4に示すように、酸化触媒10をアルミナ20に担持させた酸化触媒担持アルミナの粉体Aを、ロジウム30をジルコニア40に担持させたロジウム担持ジルコニアの粉体Bとは別に製造し、これら粉体A及びBを混合させたものを、アルミナ又はチタニア等のコート材により担体上に担持させている。それにより、粉体Aと粉体Bとの間では、酸化触媒とロジウムRhとが接触することがあるが、少なくとも、粉体Aと粉体Aとの間及び粉体Bと粉体Bとの間では、酸化触媒とロジウムRhとが接触することはない。こうして、本実施形態では、酸化触媒を直接的に水素生成装置の担体に担持させる一般的な場合に比較して、担体上において酸化触媒とロジウムRhとが接触する機会を非常に減少させることができる。
【0041】
ところで、排気ガス中には可溶有機成分SOFが含まれ、このSOFは、粘着性を有し、パティキュレート同士を付着させ大きな塊に成長させる。それにより、パティキュレートは酸化除去され難くなる。しかしながら、本実施形態では、パティキュレートを捕集するようにしたNO吸蔵還元装置1の上流側には、酸化触媒装置2が配置されているために、この酸化触媒装置2において殆どのSOFは焼失され、NO吸蔵還元装置1へ到来するSOFを非常に少量とすることができる。また、NO吸蔵還元装置1がパティキュレートフィルタとして機能するか否かに係らず、排気ガスの入口開口にSOFによってパティキュレートが付着すると、入口開口の面積を減少させてNO吸蔵還元装置1の排気抵抗を増加させるが、これを抑制することができる。
【0042】
酸化触媒装置2にNO吸蔵還元装置1と同様なNO吸収剤を担持させて一部のNOを酸化触媒装置2において吸蔵するようにしても良い。また、水素生成装置3にNO吸収剤を担持させれば、NO還元処理において、NO吸蔵還元装置1で還元浄化することができなかったNOを水素生成装置3において吸蔵することができ、大気中への放出を抑制することができる。
【0043】
ところで白金Pt及びNO吸収剤はNO吸蔵還元装置1の温度が高くなるほど活性化するので、NO吸蔵還元装置1を昇温すると、活性酸素の放出量が増加して捕集パティキュレートを良好に酸化除去することができる。この昇温に際しても、酸化触媒装置2において未燃燃料を燃焼させて排気ガスを過熱し、この高温度の排気ガスによってNO吸蔵還元装置1を均一に昇温することが好ましい。
【0044】
また、排気ガスの空燃比をリッチにすると、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させると、NO吸収剤から外部に活性酸素Oが一気に放出される。この一気に放出された活性酸素Oによって、もし、NO吸蔵還元装置1にパティキュレートが酸化除去させずに堆積していても、この堆積パティキュレートは酸化され易いものとなって容易に酸化除去される。一方、空燃比がリーンに維持されていると白金Ptの表面が酸素で覆われ、いわゆる白金Ptの酸素被毒が生じる。このような酸素被毒が生じるとNOに対する酸化作用が低下するためにNOの吸収効率が低下し、斯くしてNO吸収剤からの活性酸素放出量が低下する。しかしながら空燃比がリッチにされると白金Pt表面上の酸素が消費されるために酸素被毒が解消され、従って空燃比が再びリッチからリーンに切り換えられるとNOに対する酸化作用が強まるためにNOの吸収効率が高くなり、斯くしてNO吸収剤からの活性酸素放出量が増大する。従って、空燃比がリーンに維持されている時に空燃比を時折リーンからリッチに一時的に切り換えるとその都度白金Ptの酸素被毒が解消されるために空燃比がリーンである時の活性酸素放出量が増大し、斯くしてNO吸蔵還元装置1におけるパティキュレートの酸化作用を促進することができる。さらに、この酸素被毒の解消は、言わば、還元物質の燃焼であるために、発熱を伴ってNO吸蔵還元装置1を昇温させる。これは、パティキュレートフィルタの酸化除去に有利である。排気ガスの空燃比をリッチにする方法は、前述した回復処理及びNO還元処理と同様な方法が利用可能である。
【0045】
【発明の効果】
本発明による請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガスがリッチ空燃比状態とされる時に排気ガス中の未燃燃料HCの一部がNO吸蔵還元装置を通過しても、この未燃燃料HCは水素生成装置によって水素へ転化され、大気中へ放出される未燃燃料HCが十分に低減される。それにより、白煙の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。
【図2】NO吸蔵還元装置の側面断面図である。
【図3】図2の排気上流側の部分正面図である。
【図4】水素生成装置に担持された酸化触媒担持アルミナの粉体とロジウム担持ジルコニアの粉体とを示す図である。
【符号の説明】
1…NO吸蔵還元装置
2…酸化触媒装置
3…水素生成装置
10…酸化触媒
20…アルミナ
30…ロジウム
40…ジルコニア
A…酸化触媒担持アルミナ
B…ロジウム担持ジルコニア
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
When lean burn such as diesel combustion or stratified combustion is performed in an internal combustion engine, a relatively large amount of NOXIs generated. NOXIn order to suppress the release of air into the engine exhaust system, NOXIt has been proposed to arrange an occlusion reduction device. NOXThe NOx storage and reduction device performs well when the exhaust gas is in a lean air-fuel ratio state.XOn the other hand, if the exhaust gas is in a rich air-fuel ratio state, the stored NO is stored.XCan be reduced and purified by the reducing substance contained in the exhaust gas.
[0003]
By the way, NOXThe occlusion reduction device uses SO in exhaust gas.XNOXIt is occluded by the same mechanism. SOXOccluded, NOXSO cannot be storedXSO stored before the amount of storage increasedXFor that purpose, NOXIt is necessary to raise the temperature of the occlusion reduction device so that the exhaust gas has a rich air-fuel ratio.
[0004]
Like this, NOXIn the occlusion reduction device, NOXNO to reduce and purifyXIn addition to reduction treatment, SOXIn any of the processes, it is necessary to bring the exhaust gas into a rich air-fuel ratio state during lean burn. For that purpose, fuel is supplied into the cylinder in the expansion stroke or the exhaust stroke, or the fuel is supplied to the engine exhaust system.
[0005]
The unburned fuel (HC) supplied to the exhaust gas in this way is NO.XNO which is oxidized and released by oxygen in the exhaust gas in the storage reduction deviceXOr SOXThere is no problem if it is used for the reduction of and consumed almost completely.XIt may pass through the occlusion reduction device and be released into the atmosphere to generate white smoke. To suppress this, NOXOn the downstream side of the storage reduction device, O2It has been proposed to arrange an oxidation catalyst device having a storage function (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). With this configuration, NOXWhen exhaust gas in a rich air-fuel ratio state including a part of unburned fuel that has passed through the storage reduction device flows into the oxidation catalyst device, O2The storage function releases oxygen, which can be used to oxidize unburned fuel satisfactorily.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2658756
[Patent Document 2]
JP 2001-227333 A
[Patent Document 3]
JP 2001-205085 A
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-300262
[Patent Document 5]
JP 2001-303942 A
[Patent Document 6]
JP 2002-115524 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Certainly, the oxidation catalyst device has O2If the storage function releases enough oxygen, NOXIt is possible to satisfactorily oxidize the unburned fuel that has passed through the storage reduction device. However, particularly in the recovery process, a relatively large amount of fuel may be supplied into the exhaust gas to reduce the time, thereby over-rich the air-fuel ratio state.2The storage function cannot release a large amount of oxygen enough to bring the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio, and the unburned fuel that could not be oxidized in the oxidation catalyst device is released into the atmosphere to produce white smoke. Will occur.
[0008]
Therefore, the object of the present invention is to achieve NO when the air-fuel ratio state of the exhaust gas is made rich.XIt is an object of the present invention to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can sufficiently reduce the amount of unburned fuel that passes through the storage reduction device and is released into the atmosphere, thereby suppressing the generation of white smoke.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust gas is NO when the exhaust gas is in a lean air-fuel ratio state.XNO is stored when the exhaust gas is in the rich air-fuel ratio state.XNO is released and reduced and purifiedXOcclusion reduction device and said NOXAnd a hydrogen generator configured to generate hydrogen from unburned fuel in the exhaust gas when the exhaust gas is in a rich air-fuel ratio state and is disposed downstream of the storage reduction device. According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, when the exhaust gas is in a rich air-fuel ratio state, a part of the unburned fuel in the exhaust gas is NO.XEven after passing through the storage reduction device, the unburned fuel HC is converted into hydrogen by the hydrogen generator, and the unburned fuel released into the atmosphere is sufficiently reduced.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the hydrogen generator is configured to exhaust gas when the exhaust gas is in a lean air-fuel ratio state. It has an oxidation function of oxidizing the reducing component therein. According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, HC as unburned fuel in the exhaust gas when the exhaust gas is in a lean air-fuel ratio state is oxidized by the oxidation function of the hydrogen generator.
[0011]
An internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to a third aspect of the present invention is the internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to the first or second aspect.XA catalyst device having an oxidation function is disposed upstream of the storage reduction device, and the NOXWhen the temperature of the storage reduction device is raised, unburned fuel is burned in the catalyst device, and the NOXThe exhaust gas flowing into the storage reduction device is increased in temperature. According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, NOXThe occlusion reduction device is uniformly heated by exhaust gas whose temperature has been increased by combustion of unburned fuel in the catalyst device.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second or third aspect, wherein the hydrogen generator is an oxidation catalyst formed on a carrier by a coating material. It is characterized by supporting rhodium-supporting zirconia. According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, in the hydrogen generator, the oxidation catalyst on the carrier provides an oxidation function, and the rhodium-supported zirconia on the carrier converts HC, which is unburned fuel, into hydrogen.
[0013]
An internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to claim 5 of the present invention is the internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to claim 4, wherein the alumina supporting the oxidation catalyst and the rhodium-supporting zirconia are the coating material. Is supported on the carrier. According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, the chance of contact between the oxidation catalyst and rhodium is reduced in the hydrogen generator.
[0014]
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 6 according to the present invention is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the alumina supporting the oxidation catalyst is separate from the rhodium-supporting zirconia. The alumina and the rhodium-supporting zirconia are mixed and supported on the carrier by the coating material.
[0015]
An internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to any one of the first to sixth aspects, wherein the hydrogen generating apparatus includes NO.XIt is characterized in that an absorbent is supported. According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, NOXNO from the occlusion reduction deviceXWhen NO is releasedXWhen NO reaches the hydrogen generator without reduction and purification, this NOXNO of the hydrogen generatorXAbsorber absorbs.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic view showing an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. The internal combustion engine to which the exhaust emission control device is attached is, for example, a diesel engine or a direct injection spark ignition internal combustion engine that performs stratified combustion. In lean burns such as diesel and stratified combustion, relatively large amounts of NOXNO is released into the atmosphere becauseXIt is necessary to sufficiently reduce the discharge amount. Therefore, in the exhaust purification apparatus shown in FIG.XAn occlusion reduction device 1 is provided.
[0017]
2 shows NOXFIG. 3 shows a side cross-sectional view of the occlusion reduction apparatus 1, and FIG.X2 is a partial front view of the storage-reduction device 1 on the exhaust upstream side. FIG. NOXThe occlusion reduction device 1 has a circular cross section and is, for example, a wall flow type having a honeycomb structure formed of a porous material such as cordierite. A large number of axial spaces subdivided by a plurality of partition walls 1a extending in the axial direction are formed. In two adjacent axial spaces, one is closed on the exhaust downstream side by the plug 1b and the other is closed on the exhaust upstream side. Thus, one of the two adjacent axial spaces becomes the exhaust gas inflow passage 1c and the other becomes the outflow passage 1d, and the exhaust gas always passes through the partition wall 1a as shown by the arrow in FIG. Yes. NO described below using alumina or the like on both side surfaces of the partition wall 1a and preferably also on the pore surface in the partition wall 1a.XAn absorbent and a noble metal oxidation catalyst such as platinum Pt or palladium Pd are supported.
[0018]
By the way, especially the exhaust gas of a diesel engine contains particulates mainly composed of soot. This NOXIf the exhaust gas passes through the partition wall 1a formed of a porous material as in the occlusion reduction apparatus 1, the particulates in the exhaust gas are very much smaller than the size of the pores of the partition wall 1a. Although it is small, it collides on the exhaust upstream surface of the partition wall 1a and the pore surface in the partition wall 1a and is collected. Thus, each partition wall 1a can function as a particulate collection wall. Of course, this NOXWhen the internal combustion engine to which the occlusion reduction device 1 is connected hardly discharges particulates, or when a filter for collecting particulates is separately provided in the engine exhaust system, this NO.XIt is not necessary to collect particulates in the occlusion reduction device 1, and the plug 1b may be omitted so that the exhaust gas passes along the partition wall 1a.
[0019]
NOXIn this embodiment, the absorbent is an alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, or rubidium Rb, an alkaline earth metal such as barium Ba, calcium Ca, or strontium Sr, lanthanum La, or yttrium Y. And at least one selected from rare earths and transition metals. This NOXThe absorbent is NO when the air-fuel ratio of the ambient atmosphere is lean.XNO is absorbed when the air-fuel ratio becomes stoichiometric or rich.XNO releaseXPerforms absorption and release.
[0020]
Next, this NOXNO in absorbentXAn example of the case where platinum Pt and potassium K are supported on the partition wall 1a will be described as an example, but the same mechanism can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earths, and noble earths.
[0021]
Regardless of diesel combustion or stratified combustion, when combustion is performed with the air-fuel ratio being lean, the oxygen concentration in the exhaust gas is high.2Is O2 Or O2-It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the exhaust gas is O on the surface of platinum Pt.2 Or O2-Reacts with NO2(2NO + O2→ 2NO2). Then the generated NO2Part of NO is being oxidized on platinum PtXNitrate ion NO while being absorbed in the absorbent and combined with potassium K3 NO in the form ofXDiffusion in the absorbent and potassium nitrate KNO3Is generated. In this way, NOXIs NOXAbsorbed in the absorbent. NO on the surface of platinum Pt as long as the oxygen concentration in the vicinity atmosphere is high2Is generated and NOXAbsorbent NOXUnless the absorption capacity is saturated, NO2Is NOXNitrate ion NO absorbed in the absorbent3 Is generated.
[0022]
On the other hand, when the air-fuel ratio of the nearby atmosphere is made rich, the oxygen concentration decreases, and as a result, NO on the surface of platinum Pt.2The production amount of is reduced. NO2When the production amount of NO decreases, the reaction proceeds in the reverse direction (NO3 → NO2) And thus NOXNitrate ion NO in absorbent3 Is NO2NO in the form ofXReleased from the absorbent. NO at this timeXNO released from the absorbentXIs reduced by reacting with HC and CO contained in the nearby atmosphere. In this way, NO on the surface of platinum Pt.2NO when no longer existsXNO from absorbent to next2Is released. Therefore, when the air-fuel ratio of the nearby atmosphere is made rich, NO is quickly received.XNO from absorbentXIs released, and this released NOXIs N2NO into the atmosphere to be reduced toXWill not be discharged.
[0023]
In addition, this NOXWhen the partition wall 1a functions as a particulate collection wall as in the occlusion reduction device 1, the collected particulate can be satisfactorily oxidized and removed. Next, this mechanism will be described. As mentioned above, NOXNitrate ion NO through platinum Pt3 NO in the form ofXAbsorbed in the absorbent. This NOXWhen particulates adhere to the absorbent, the particulates and NOXThe oxygen concentration decreases at the contact surface with the absorbent. NO with high oxygen concentration when oxygen concentration decreasesXA concentration difference occurs between the absorbent and the NOXOxygen in the absorbent is particulate and NOXAttempts to move toward the contact surface with the absorbent. As a result, NOXNitrate ion NO in absorbent3 Is decomposed into oxygen O and NO, and oxygen O is particulate and NO.XFacing the contact surface with the absorbent, NO is NOXReleased from the absorbent to the outside. NO released to the outside is oxidized on the platinum Pt on the downstream side, and again NO.XAbsorbed in the absorbent.
[0024]
On the other hand, particulates and NOXThe oxygen O toward the contact surface with the absorbent is nitrate, that is, oxygen decomposed from the compound. Oxygen O decomposed from the compound has high energy and has extremely high activity. Therefore, particulates and NOXOxygen toward the contact surface with the absorbent is active oxygen O. When these active oxygens O come into contact with the particulates, the particulates are oxidized without generating a luminous flame. In addition, active oxygen O that oxidizes particulates is NO.XAlso released when NO is absorbed by the absorbent. NOXNO repeats repeatedly bonding and separating oxygen atomsXNitrate ion NO in the absorbent3 The active oxygen is generated during this period. Particulates are also oxidized by this active oxygen. The particulates are also oxidized by oxygen in the exhaust gas. In this way, this NOXThe occlusion reduction device 1 is configured so that NO in exhaust gasXAlong with purification, the collected particulates can be removed by oxidation.
[0025]
By the way, NOXAbsorbent NOXAbsorption capacity is limited. If NOXAbsorbent NOXIf the absorption capacity is saturated, new NO in exhaust gasXCan no longer occlude, NOXCan not be purified well. As a result, NOXAbsorbent NOXNO before absorption capacity saturatesXNO from absorbentXNeed to be released. That is, NOXNO stored in the storage reduction device 1XAmount is NOXBefore reaching storage capacity, NOXNO to reduce and purifyXReduction treatment is required. This NOXNO reductionXSince a large amount of active oxygen is also released at the same time when the gas is released at once, this is advantageous for oxidative removal of the collected particulates.
[0026]
This NOXIn order to carry out the reduction process, NOXNO stored in the storage reduction device 1XThe amount needs to be estimated. NO per unit time of internal combustion engineXEmissions can be mapped as a function of required load and engine speed. For example, NO per unit timeXAccumulate the amount of discharge and NOXNO stored in the storage reduction device 1XIt may be estimated as a quantity. This NOXNO when the amount of occlusion exceeds a predetermined toleranceXIn order to regenerate the storage reduction device 1, the air-fuel ratio of the exhaust gas is set to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio.
[0027]
By the way, NOXAs described above, the absorbent is NO in the exhaust gas.XAs well as SO produced by the sulfur content in the fuelXEven occludes. SOXIs absorbed in the form of sulfate, which can release active oxygen by the same mechanism as nitrate. However, since sulfate is a stable substance, the aforementioned NOXEven if the ambient atmosphere is made rich air-fuel ratio by reduction treatment etc., NOXIt is difficult to release from the absorbent.XIt remains in the occlusion reduction device 1 and the occlusion amount gradually increases. NOXThe amount of storable nitrate or sulfate in the storage / reduction device 1 is finite, NO.XIf the occlusion amount of sulfate in the occlusion reduction device 1 increases (hereinafter referred to as S poisoning), the storable amount of nitrate decreases accordingly, and finally NO is completely obtained.XCan no longer be absorbed.
[0028]
To prevent this, NOXSO in the occlusion reduction device 1XWhen the storage amount reaches a predetermined value, SOXS poison recovery process that releases selenium must be carried out. NOXSO stored in the storage and reduction device 1XIs generated mainly by sulfur contained in the fuel, so the recovery process is performed when the fuel consumed so far is integrated and the accumulated fuel amount reaches the set amount. It can be.
[0029]
The recovery process is NOXThe temperature of the occlusion reduction device 1 may be raised to about 600 ° C. to make the exhaust gas air-fuel ratio rich. NOXIn order to raise the temperature of the storage reduction device 1, when a relatively large amount of oxygen is contained in the exhaust gas by lean burn, fuel is injected into the cylinder in the expansion stroke or the exhaust stroke, or NOXBy supplying fuel to the engine exhaust system on the upstream side of the storage reduction device 1, NOXSupply sufficient oxygen and unburned fuel to the storage reduction device 1, NOXThe unburned fuel may be burned sufficiently by the oxidation capability of the storage reduction device 1. NOXThe occlusion reduction device 1 is heated by the combustion heat at this time.
[0030]
By the way, in the diesel engine, when the amount of inert gas (for example, EGR gas) supplied into the combustion chamber is increased with the fuel injection timing fixed, the generation amount of soot gradually increases and reaches a peak. If the amount of inert gas is further increased, the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the surrounding gas temperature are suppressed to a temperature lower than the temperature at which soot is generated, thereby suppressing the generation of soot in the combustion chamber. Combustion can be realized (see Japanese Patent No. 3116876). This combustion is called low-temperature combustion and contains a relatively large amount of HC and CO in the exhaust gas. Thus, in the recovery process, NOXIn order to raise the temperature of the occlusion reduction apparatus 1, low-temperature combustion at a lean air-fuel ratio may be performed.
[0031]
In any case, NOXWhen unburned fuel (HC) is supplied to the storage reduction device 1 together with oxygen, the unburned fuel (HC) is mainly NO.XCombustion occurs in the exhaust upstream portion of the storage reduction device 1, and this combustion heat immediately moves to the exhaust downstream portion together with the exhaust gas. Thereby, the exhaust upstream portion cannot be heated as intended, and only the exhaust downstream portion may be excessively heated. NO like thisXIf the temperature rise of the storage reduction device 1 becomes non-uniform, even if the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich after that, especially from the exhaust upstream portion, SOXMay not be released, and the exhaust downstream portion may be melted.
[0032]
In the present embodiment, as shown in FIG.XOn the upstream side of the occlusion reduction device 1, an oxidation catalyst device 2 having an oxidation capability by carrying an oxidation catalyst such as platinum Pt or palladium Pd is disposed. The carrier of the oxidation catalyst device 2 has a honeycomb structure formed of, for example, cordierite, metal, or SiC, and in particular, the NO of the present embodiment.XUnlike the occlusion reduction device 1, it is not a wall flow type with a stopper. A fuel supply device 4 is located upstream of the oxidation catalyst device 2 and supplies fuel into the exhaust gas without depending on low temperature combustion or the aforementioned fuel supply into the cylinder. Thus, in the recovery process, NOXIn any case, oxygen and unburned fuel for raising the temperature of the storage reduction device 1 are NO.XIt is supplied to the oxidation catalyst device 2 instead of the storage reduction device 1. As a result, the unburned fuel is combusted in the oxidation catalyst device 2, and the exhaust gas heated by this combustion heat becomes NO.XIt flows into the occlusion reduction device 1. Thus, NOXSince the occlusion reduction device 1 is heated by the high-temperature exhaust gas, the temperature is raised almost uniformly.
[0033]
5 is the temperature of the exhaust gas flowing out from the oxidation catalyst device 2, that is, NO.X2 is a first temperature sensor that detects the temperature of exhaust gas flowing into the storage reduction device 1. By monitoring the temperature of the exhaust gas by the first temperature sensor 5 and metering the fuel supplied by the fuel supply device 4 so that the temperature of the exhaust gas is slightly higher than 600 ° C., NOXThe temperature of the storage / reduction apparatus 1 can be raised to about 600 ° C. NOXOn the downstream side of the storage reduction device 1, NOXA second temperature sensor 6 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing out from the occlusion reduction device 1 is arranged. NOXThe temperature of the exhaust gas flowing out from the storage reduction device 1 is almost NO.XIn order to match the temperature of the occlusion reduction device 1, it is preferable that the temperature of the exhaust gas is monitored by the second temperature sensor 6 to further meter the fuel supplied by the fuel supply device 4. NOXWhen the storage reduction device 1 is heated to 700 ° C. or higher, the oxidation catalyst such as platinum Pt that has been supported causes sintering to deteriorate its function.XIt is preferable to monitor the temperature of the occlusion reduction device 1 so that this does not occur. Of course, the monitoring of the exhaust gas temperature by these temperature sensors 5 and 6 is NO when the fuel supply device 4 is not used in the recovery process.XThe present invention can also be used for air-fuel ratio control during low-temperature combustion for raising the temperature of the storage reduction device 1 to about 600 ° C., and for controlling the amount of fuel injected into the cylinder during the expansion stroke or exhaust stroke.
[0034]
Thus, NOXWhen the storage reduction device 1 is heated to about 600 ° C., the air-fuel ratio of the exhaust gas is set to a desired rich air-fuel ratio. For this purpose, low-temperature combustion at a desired rich air-fuel ratio is performed, fuel is injected into the cylinder in the expansion stroke or exhaust stroke, or fuel is supplied to the engine exhaust system by the fuel supply device 4. Just do it. NO during recovery processXThe recovery process must be completed in a short time so that the temperature of the occlusion reduction device 1 does not drop significantly. To that end, the desired rich air-fuel ratio is as rich as 13.8 to 14.5. A high air / fuel ratio is selected. During the recovery process, reducing substances such as HC and CO in the exhaust gas are NO.XSO released from the occlusion reduction device 1XNO to be used for the reduction ofXThe air-fuel ratio state of the exhaust gas flowing out from the storage reduction device 1 is NO.XCompared with the air-fuel ratio state of the exhaust gas flowing into the storage reduction device 1, the rich degree is lowered. As a result, NOXNO is detected by the air-fuel ratio sensor 7 disposed on the downstream side of the storage reduction device 1.XThe air-fuel ratio state of the exhaust gas flowing out from the storage reduction device 1 is monitored, and this is NOXWhen the air-fuel ratio state of the exhaust gas flowing into the storage reduction device 1 coincides, it can be determined that the recovery process has been completed. NOXNO from the occlusion reduction device 1XNO is released and reduced and purifiedXSince the reduction process is completed in a very short time compared to the S poisoning recovery process, the air-fuel ratio of the exhaust gas may be made rich for the set time. Judgment can be made.
[0035]
Unburnt fuel excessively contained in the rich air-fuel ratio exhaust gas is oxidized catalyst device 2 and NO.XIn the occlusion reduction device 1, it is burned and consumed by oxygen in the exhaust gas, and NO.XSO released in the occlusion reduction device 1XUsed to reduce and consumed. However, some unburned fuel, HC, does not react with NOXIf it passes through the occlusion reduction device 1 and is left as it is, it will be released into the atmosphere and white smoke will be generated. The problem is NOXNO to reduce and purifyXNO of occlusion reduction device 1XWhen the reduction process is performed, it may also occur when the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich (a enrichment method similar to the recovery process can be used).
[0036]
In this embodiment, as shown in FIG.XA hydrogen generator 3 is disposed on the downstream side of the storage reduction device 1. Thereby, NO with the exhaust gas in the rich air-fuel ratio state.XThe unburned fuel HC passing through the storage reduction device 1 is converted into water vapor H in the exhaust gas in the hydrogen generator 3.2Reacts with O to produce hydrogen H2And carbon dioxide CO2It is possible to sufficiently reduce the unburned fuel HC that is converted into and released into the atmosphere such that white smoke is not generated.
[0037]
The carrier (base material) of the hydrogen generator 3 has, for example, a honeycomb structure formed of cordierite, and in particular, the NO of the present embodiment.XUnlike the occlusion reduction device 1, it is not a wall flow type by a stopper. On this support, rhodium-supported zirconia (Rh / ZrO2) And the above-described hydrogen production reaction is brought about by the catalytic action of this rhodium-supported zirconia.
[0038]
Further, by supporting an oxidation catalyst such as platinum Pt or palladium Pd on the carrier of the hydrogen generator 3, unburned fuel can be oxidized when the exhaust gas is lean. Thereby, the unburned fuel released into the atmosphere at this time can be sufficiently reduced to prevent the generation of white smoke.
[0039]
As described above, it is known that platinum Pt or palladium Pb, which is an oxidation catalyst, generates sintering due to contact with rhodium Rh when the hydrogen generator 3 supports the oxidation catalyst. Accordingly, it is desirable that the oxidation catalyst and rhodium Rh are difficult to contact on the support.
[0040]
In this hydrogen generator 3, as shown in FIG. 4, an oxidation catalyst-supported alumina powder A in which an oxidation catalyst 10 is supported on alumina 20, and a rhodium-supported zirconia powder B in which rhodium 30 is supported on zirconia 40. Separately manufactured, a mixture of these powders A and B is supported on a carrier by a coating material such as alumina or titania. Thereby, between the powder A and the powder B, the oxidation catalyst and rhodium Rh may come into contact, but at least between the powder A and the powder A and between the powder B and the powder B. In between, an oxidation catalyst and rhodium Rh do not contact. Thus, in this embodiment, compared with the general case where the oxidation catalyst is directly supported on the carrier of the hydrogen generator, the chance of the oxidation catalyst and rhodium Rh contacting on the carrier can be greatly reduced. it can.
[0041]
By the way, a soluble organic component SOF is contained in the exhaust gas, and this SOF has adhesiveness, and the particulates adhere to each other and grow into a large lump. This makes it difficult for the particulates to be removed by oxidation. However, in the present embodiment, the NO is configured to collect the particulates.XSince the oxidation catalyst device 2 is disposed on the upstream side of the storage reduction device 1, most of the SOF is burned off in the oxidation catalyst device 2, and NO.XThe amount of SOF that arrives at the occlusion reduction device 1 can be made very small. NOXRegardless of whether or not the occlusion reduction device 1 functions as a particulate filter, if particulates adhere to the inlet opening of the exhaust gas by SOF, the area of the inlet opening is reduced and NO.XAlthough the exhaust resistance of the occlusion reduction device 1 is increased, this can be suppressed.
[0042]
NO in the oxidation catalyst device 2XNO similar to the storage reduction device 1XPart of NO supported by absorbentXMay be occluded in the oxidation catalyst device 2. Moreover, NO is supplied to the hydrogen generator 3.XIf the absorbent is supported, NOXIn the reduction process, NOXNO that could not be reduced and purified by the storage reduction device 1XCan be occluded in the hydrogen generator 3, and release into the atmosphere can be suppressed.
[0043]
By the way, platinum Pt and NOXAbsorbent is NOXSince the higher the temperature of the occlusion reduction device 1 is, the more the NOXWhen the temperature of the storage / reduction apparatus 1 is raised, the amount of released active oxygen increases, and the collected particulates can be satisfactorily oxidized and removed. Even at this temperature increase, the unburned fuel is burned in the oxidation catalyst device 2 to overheat the exhaust gas.XIt is preferable to raise the temperature of the occlusion reduction device 1 uniformly.
[0044]
Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich, that is, when the oxygen concentration in the exhaust gas is lowered, NOXActive oxygen O is released from the absorbent to the outside at once. By this active oxygen O released at once, if NOXEven if the particulates are deposited on the storage / reduction apparatus 1 without being removed by oxidation, the deposited particulates are easily oxidized and easily removed by oxidation. On the other hand, when the air-fuel ratio is maintained lean, the surface of platinum Pt is covered with oxygen, and so-called oxygen poisoning of platinum Pt occurs. When such oxygen poisoning occurs, NOXNO is reduced due to reduced oxidationXThe absorption efficiency of NO and thus NOXThe amount of active oxygen released from the absorbent is reduced. However, when the air-fuel ratio is made rich, oxygen on the platinum Pt surface is consumed, so that oxygen poisoning is eliminated. Therefore, when the air-fuel ratio is switched again from rich to lean, NO.XNO to increase the oxidation effect onXThe absorption efficiency of NO and thus NOXThe amount of active oxygen released from the absorbent is increased. Therefore, if the air-fuel ratio is temporarily switched from lean to rich when the air-fuel ratio is maintained lean, oxygen poisoning of platinum Pt is eliminated each time, so that active oxygen release when the air-fuel ratio is lean The amount increases, so NOXThe oxidation action of particulates in the occlusion reduction device 1 can be promoted. Furthermore, the elimination of this oxygen poisoning is, so to speak, the combustion of reducing substances, so NO is generated with heat generation.XThe temperature of the occlusion reduction device 1 is increased. This is advantageous for removing oxidation of the particulate filter. The method of enriching the air-fuel ratio of the exhaust gas includes the above-described recovery process and NO.XA method similar to the reduction treatment can be used.
[0045]
【The invention's effect】
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 of the present invention, when the exhaust gas is brought into a rich air-fuel ratio state, a part of the unburned fuel HC in the exhaust gas is NO.XEven if it passes through the storage reduction device, this unburned fuel HC is converted into hydrogen by the hydrogen generator, and the unburned fuel HC released into the atmosphere is sufficiently reduced. Thereby, generation | occurrence | production of white smoke can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 NOXIt is side surface sectional drawing of an occlusion reduction apparatus.
3 is a partial front view of the exhaust upstream side of FIG. 2. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing oxidation catalyst-carrying alumina powder and rhodium-carrying zirconia powder carried on a hydrogen generator.
[Explanation of symbols]
1 ... NOXOcclusion reduction device
2 ... Oxidation catalyst device
3 ... Hydrogen generator
10 ... Oxidation catalyst
20 ... Alumina
30 ... Rhodium
40 ... Zirconia
A ... Alumina supported on oxidation catalyst
B ... Rhodium supported zirconia

Claims (7)

排気ガスがリーン空燃比状態の時にNOを吸蔵し、排気ガスがリッチ空燃比状態の時に吸蔵したNOを放出して還元浄化するNO吸蔵還元装置と、前記NO吸蔵還元装置の下流側に配置されて排気ガスがリッチ空燃比状態の時に排気ガス中の未燃燃料から水素を生成する水素生成装置とを具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。NO X occlusion reduction device that stores NO X when exhaust gas is in a lean air-fuel ratio state, and releases and reduces NO X occluded when exhaust gas is in a rich air-fuel ratio state, and downstream of the NO X storage reduction device And a hydrogen generator for generating hydrogen from unburned fuel in the exhaust gas when the exhaust gas is in a rich air-fuel ratio state. 前記水素生成装置は、排気ガスがリーン空燃比状態の時に排気ガス中の還元成分を酸化する酸化機能を有していることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the hydrogen generation device has an oxidation function of oxidizing a reducing component in the exhaust gas when the exhaust gas is in a lean air-fuel ratio state. 前記NO吸蔵還元装置の上流側には、酸化機能を有する触媒装置が配置され、前記NO吸蔵還元装置を昇温させる時には前記触媒装置において未燃燃料を燃焼させて前記NO吸蔵還元装置へ流入する排気ガス温度を高めることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。Wherein the upstream side of the NO X occluding and reducing device, the catalytic device is disposed having an oxidizing function, wherein the NO X storage reduction device when raising the temperature of by burning unburned fuel in the catalytic converter the the NO X storage reduction device The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the temperature of the exhaust gas flowing into the engine is increased. 前記水素生成装置は、担体上にコート材によって酸化触媒とロジウム担持ジルコニアとを担持させたものであることを特徴とする請求項2又は3に記載の内燃機関の排気浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 2 or 3, wherein the hydrogen generator is a carrier in which an oxidation catalyst and rhodium-supporting zirconia are supported by a coating material. 前記酸化触媒を担持するアルミナと前記ロジウム担持ジルコニアとが前記コート材によって前記担体上に担持されていることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置。The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the alumina supporting the oxidation catalyst and the rhodium-supporting zirconia are supported on the carrier by the coating material. 前記酸化触媒を担持する前記アルミナは、前記ロジウム担持ジルコニアとは別に製造され、前記アルミナと前記ロジウム担持ジルコニアとは混合されて前記コート材により前記担体上に担持されることを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置。The alumina supporting the oxidation catalyst is manufactured separately from the rhodium-supporting zirconia, and the alumina and the rhodium-supporting zirconia are mixed and supported on the carrier by the coating material. 6. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to 5. 前記水素生成装置には、NO吸収剤が担持されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。The said hydrogen generator, an exhaust purification system of an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, the NO X absorbent is characterized in that it is carried.
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