JP2009041422A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガス浄化装置、特に、エンジンの排気通路に配設された排気ガス浄化触媒の上流に活性酸素を供給するように構成された排気ガス浄化装置に関し、排気エミッションの向上を図る技術分野に属する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device, and more particularly to an exhaust gas purification device configured to supply active oxygen upstream of an exhaust gas purification catalyst disposed in an exhaust passage of an engine, and a technique for improving exhaust emission. Belonging to the field.
一般に、ガソリン等の化石燃料をエネルギ源とする自動車等の車両においては、エンジン始動直後の数10秒間は、排気ガス温度が比較的低く、エンジンの排気通路に配設された排気ガス浄化触媒における白金(Pt)やパラジウム(Pd)等の触媒金属が活性化していないために、未燃排気ガス成分である炭化水素(HC)及び一酸化炭素(CO)の浄化が困難であることが知られている。これを改善する方法の1つとして、従来、触媒をエキゾーストマニホルドの直下に配設した「直キャタ」と称されるマニホルド触媒が広く採用されている。しかし、この方法は、触媒温度が活性化温度に上昇するまでの時間の短縮化を図るものであり、問題の根本的な解決策とはなっていない。 In general, in a vehicle such as an automobile using fossil fuel such as gasoline as an energy source, the exhaust gas temperature is relatively low for several tens of seconds immediately after the engine is started, and the exhaust gas purification catalyst disposed in the exhaust passage of the engine It is known that hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO), which are unburned exhaust gas components, are difficult to purify because catalytic metals such as platinum (Pt) and palladium (Pd) are not activated. ing. As one method for improving this, conventionally, a manifold catalyst called “straight catalyzer” in which the catalyst is disposed directly under the exhaust manifold has been widely adopted. However, this method shortens the time until the catalyst temperature rises to the activation temperature, and is not a fundamental solution to the problem.
そこで、ゼオライトをはじめとする炭化水素吸着材をマニホルド触媒の材料として用いることが行われている。すなわち、エンジン始動後、排気ガス温度が比較的低いときは、エンジンから排出された未燃炭化水素を炭化水素吸着材の細孔内に吸着し、排気ガス温度が約200℃まで上昇したときには、炭化水素吸着材に吸着していた未燃炭化水素を放出して、約200℃である程度活性化した触媒金属と反応させるのである。しかし、ゼオライトをはじめとするアルミノシリケート系の多孔質材は、高温化で結晶構造が崩れ易いという性質があるので、この方法は、時間の経過と共に触媒の浄化性能が次第に低下するという問題がある。 Therefore, hydrocarbon adsorbents such as zeolite are used as the material for the manifold catalyst. That is, after the engine is started, when the exhaust gas temperature is relatively low, unburned hydrocarbons discharged from the engine are adsorbed in the pores of the hydrocarbon adsorbent, and when the exhaust gas temperature rises to about 200 ° C, Unburned hydrocarbons adsorbed on the hydrocarbon adsorbent are released and reacted with a catalytic metal activated to some extent at about 200 ° C. However, since aluminosilicate porous materials such as zeolite have the property that the crystal structure tends to collapse at high temperatures, this method has a problem that the purification performance of the catalyst gradually decreases with time. .
この問題に対処するために、ゼオライト等の炭化水素吸着材を用いずに、オゾン(O3)等の活性酸素を用いて、未燃排気ガス成分を酸化浄化する方法が提案されている。例えば特許文献1には、空気に高電圧を作用させることにより、活性酸素であるオゾンを発生させ、このオゾンを排気通路の触媒よりも上流に供給して、排気ガス中に含まれるHCの一部をCOに転化し、このCOを後段の触媒でさらにCO2まで酸化する技術が開示されている。
In order to cope with this problem, a method of oxidizing and purifying unburned exhaust gas components using active oxygen such as ozone (O 3 ) without using a hydrocarbon adsorbent such as zeolite has been proposed. For example,
ここで、一般に、オゾン等の活性酸素は酸化力が強く、かつ室温程度の比較的低い温度では生成してから分解するまでの寿命が比較的長いので、エンジンの始動後に、排気ガス温度が触媒活性化温度に到達するまでの間、活性酸素を触媒よりも上流の排気通路に供給することは、HCやCOの未燃排気ガス成分を酸化浄化する有効な方法であると考えられる。 Here, in general, active oxygen such as ozone has a strong oxidizing power and has a relatively long life from generation to decomposition at a relatively low temperature of about room temperature. It is considered that supplying active oxygen to the exhaust passage upstream of the catalyst until reaching the activation temperature is an effective method for oxidizing and purifying unburned exhaust gas components of HC and CO.
前述のように、エンジンの始動後、排気ガス温度が触媒活性化温度に到達するまでの間、オゾン等の活性酸素を触媒の上流に供給することは、未燃排気ガス成分を酸化浄化する有効な方法であると考えられるが、活性酸素は、生成してから分解するまでの寿命が有限であるため、例えば、低回転時や低負荷時等、排気ガスの流量が相対的に少なく、したがって、触媒上流の排気通路を流れる排気ガスの流速が相対的に遅いときは、触媒上流の排気通路に供給された活性酸素が排気ガス流にのって触媒に到達するまでに比較的長い時間がかかり、その結果、活性酸素が触媒に到達するまでに分解してしまって、活性酸素と触媒との協働により排気ガスを効率よく浄化することが困難になるという不具合が生じる。 As described above, supplying active oxygen such as ozone upstream of the catalyst after the engine is started until the exhaust gas temperature reaches the catalyst activation temperature is effective in oxidizing and purifying unburned exhaust gas components. However, since active oxygen has a finite lifetime from generation to decomposition, for example, the flow rate of exhaust gas is relatively small, for example, at low revolutions and low loads, and therefore When the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage upstream of the catalyst is relatively slow, it takes a relatively long time for the active oxygen supplied to the exhaust passage upstream of the catalyst to reach the catalyst along the exhaust gas flow. As a result, the active oxygen is decomposed before reaching the catalyst, and it becomes difficult to efficiently purify the exhaust gas by the cooperation of the active oxygen and the catalyst.
本発明は、エンジンの始動後に、排気ガス温度が触媒活性化温度以下のとき、活性酸素を触媒の上流の排気通路に供給するように構成された排気ガス浄化装置における前記のような不具合に対処するもので、触媒上流の排気通路を流れる排気ガスの流速が相対的に遅いときに、活性酸素が触媒に到達するまでに分解してしまうという問題を抑制することを課題とする。 The present invention addresses the above-described problems in the exhaust gas purification apparatus configured to supply active oxygen to the exhaust passage upstream of the catalyst when the exhaust gas temperature is equal to or lower than the catalyst activation temperature after the engine is started. Therefore, when the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage upstream of the catalyst is relatively slow, it is an object to suppress the problem that active oxygen is decomposed before reaching the catalyst.
前記課題を解決するため、本発明では次のような手段を用いる。 In order to solve the above problems, the present invention uses the following means.
すなわち、本願の請求項1に記載の発明は、エンジンの排気通路に配設された排気ガス浄化触媒と、この排気ガス浄化触媒の上流の排気通路に活性酸素を供給可能な活性酸素供給手段とを有する排気ガス浄化装置であって、排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段と、エンジンの始動後に、前記排気ガス温度検出手段で検出される排気ガスの温度が前記排気ガス浄化触媒の活性化温度以下のとき、前記活性酸素供給手段を作動させる活性酸素供給制御手段と、前記排気ガス浄化触媒の上流の排気通路を流れる排気ガスの流速を検出する排気ガス流速検出手段と、前記活性酸素供給制御手段による活性酸素供給手段の作動時に、前記排気ガス流速検出手段で検出される排気ガスの流速が所定値以下のとき、前記排気ガス浄化触媒の上流の排気通路を流れる排気ガスの流速を増大する排気ガス流速増大手段とが備えられていることを特徴とする。
That is, the invention according to
次に、本願の請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の排気ガス浄化装置であって、前記活性酸素供給手段が活性酸素を供給する部位よりも上流の排気通路に空気を供給可能な空気供給手段が備えられ、前記排気ガス流速増大手段は、前記空気供給手段を作動させることにより、排気ガスの流速を増大することを特徴とする。
Next, an invention according to
次に、本願の請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の排気ガス浄化装置であって、前記活性酸素供給手段は、空気を排気通路の側に向けて送る空気送り部と、この空気送り部で送られた空気を原料にして活性酸素を生成する活性酸素生成部とを有し、前記排気ガス流速増大手段は、前記空気送り部の空気送り量を増大させることにより、排気ガスの流速を増大することを特徴とする。
Next, the invention according to claim 3 of the present application is the exhaust gas purifying apparatus according to
次に、本願の請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の排気ガス浄化装置であって、前記空気送り部の空気送り量が増大されたとき、前記活性酸素生成部の活性酸素生成率を増大させる活性酸素生成率増大手段が備えられていることを特徴とする。 Next, the invention according to claim 4 of the present application is the exhaust gas purifying apparatus according to claim 3, wherein when the air feed amount of the air feed unit is increased, the active oxygen of the active oxygen generating unit An active oxygen production rate increasing means for increasing the production rate is provided.
まず、請求項1に記載の発明によれば、エンジンの排気通路に配設された排気ガス浄化触媒の上流に活性酸素を供給可能な活性酸素供給手段が設けられた排気ガス浄化装置において、エンジンの始動後に、排気ガス温度が触媒活性化温度以下のときは、前記活性酸素供給手段を作動させて、活性酸素を触媒の上流に供給するようにしたから、エンジンの始動後に、排気ガス温度が触媒活性化温度に到達するまでの間、HCやCOの未燃排気ガス成分が活性酸素と触媒との協働によって有効に酸化浄化され、排気ガス浄化率が向上することとなる。
First, according to the invention described in
すなわち、より詳しくは、排気ガス温度が触媒活性化温度に到達するまでの間、HCやCOの未燃排気ガス成分の一部と活性酸素の一部とが触媒よりも上流の排気通路内で接触し、続いて、HCやCOの未燃排気ガス成分の残部と活性酸素の残部とが触媒に流入した際に触媒層中の触媒粒子間を拡散する過程で接触し、さらにその活性酸素の残部のうちの一部は触媒金属を部分酸化しHCやCOの酸化に寄与するのである。 That is, more specifically, until the exhaust gas temperature reaches the catalyst activation temperature, a part of the unburned exhaust gas components of HC and CO and a part of the active oxygen are in the exhaust passage upstream of the catalyst. Then, when the remainder of the unburned exhaust gas component of HC and CO and the remainder of the active oxygen flow into the catalyst, they come into contact with each other in the process of diffusing between the catalyst particles in the catalyst layer. A part of the remaining part partially oxidizes the catalytic metal and contributes to the oxidation of HC and CO.
そして、そのうえで、排気ガス浄化触媒の上流の排気通路を流れる排気ガスの流速が所定値以下のときは、前記排気ガス浄化触媒の上流の排気通路を流れる排気ガスの流速を増大するようにしたから、触媒上流の排気通路に供給された活性酸素が比較的短時間のうちに触媒に到達することとなり、その結果、活性酸素が触媒に到達するまでに分解してしまって活性酸素と触媒との協働により排気ガスを効率よく浄化することが困難になる、という不具合が抑制されることとなる。 In addition, when the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage upstream of the exhaust gas purification catalyst is below a predetermined value, the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage upstream of the exhaust gas purification catalyst is increased. Then, the active oxygen supplied to the exhaust passage upstream of the catalyst reaches the catalyst within a relatively short time, and as a result, the active oxygen decomposes before reaching the catalyst, and the active oxygen and the catalyst The problem that it becomes difficult to efficiently purify the exhaust gas through cooperation will be suppressed.
その場合に、請求項2に記載の発明によれば、活性酸素供給手段が活性酸素を供給する部位よりも上流の排気通路に空気を供給することによって排気ガスの流速を増大するようにしたから、簡単かつ低コストな方法で確実に排気ガスの流速を増大することが可能となる。
In that case, according to the invention described in
一方、請求項3に記載の発明によれば、活性酸素供給手段が、空気を排気通路の側に向けて送る空気送り部と、この空気送り部で送られた空気を原料にして活性酸素を生成する活性酸素生成部とを有するものである場合に、前記空気送り部の空気送り量を増大させることによって排気ガスの流速を増大するようにしたから、空気を排気通路に供給するための手段を別途設ける必要がなくなる。 On the other hand, according to the invention described in claim 3, the active oxygen supply means supplies the active oxygen from the air feed section that sends air toward the exhaust passage, and the air sent from the air feed section as a raw material. And a means for supplying air to the exhaust passage since the flow rate of the exhaust gas is increased by increasing the air feed amount of the air feed unit. Need not be provided separately.
その場合に、請求項4に記載の発明によれば、前記空気送り部の空気送り量が増大されたとき、前記活性酸素生成部の活性酸素生成率を増大させるようにしたから、排気通路に供給される活性酸素の量が多くなり、未燃排気ガス成分の浄化率がより一層向上することとなる。以下、発明の最良の実施形態を通して本発明をさらに詳しく説明する。 In that case, according to the invention described in claim 4, when the air feed amount of the air feed section is increased, the active oxygen generation rate of the active oxygen generation section is increased. The amount of active oxygen supplied increases, and the purification rate of unburned exhaust gas components is further improved. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through the best mode for carrying out the invention.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る排気ガス浄化装置10の制御システムを含んだ全体構成図である。エンジン1は吸気通路2及び排気通路3を有し、吸気通路2に、吸入空気量を検出するエアフローメータ5と、吸入空気の温度を検出する吸入空気温度センサ6とが配設され、排気通路3に、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)等の触媒金属、及びこれらの触媒金属を担持する酸化物担体としての活性アルミナやセリウム(Ce)系複合酸化物(酸素吸蔵材)等を含んだ構成の三元触媒11が排気ガス浄化触媒として配設されている。
FIG. 1 is an overall configuration diagram including a control system of an exhaust
エンジン1には、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ7が設けられている。
The
三元触媒11よりも上流の排気通路3に、活性酸素供給手段としてオゾン供給装置12が配設されている。すなわち、三元触媒11の直上流にオゾン供給通路4が合流し、このオゾン供給通路4上に、該通路4を介して空気を排気通路3の側に向けて送るための空気供給ポンプ13と、このポンプ13で送られた空気を原料にして活性酸素としてオゾン(O3)を生成するためのオゾン生成装置(オゾナイザ)14とが配設されている。このオゾン生成装置14は、例えば、空気を無声放電させることによりオゾンを発生させるものである。
An
さらに、排気通路3には、オゾン供給通路4の合流点(オゾン供給装置12がオゾンを供給する部位)よりも上流に、排気通路3を流れる排気ガスの温度を検出する排気ガス温度センサ15と、排気通路3に空気を供給する空気供給装置16とが配設されている。
Further, an exhaust
ここで、空気供給装置16の空気供給口は排気通路3の下流を向いている。これにより、空気供給装置16から排気通路3に供給された空気は、確実に、三元触媒11の上流の排気通路3を流れる排気ガスの流速を増大させるように作用する。
Here, the air supply port of the
この排気ガス浄化装置10のコントロールユニット20は、前記エアフローメータ5からの吸入空気量信号と、前記吸入空気温度センサ6からの吸入空気温度信号と、前記エンジン回転数センサ7からのエンジン回転数信号と、前記排気ガス温度センサ15からの排気ガス温度信号とを入力し、その入力結果に基いて、エンジン1に対する燃料噴射制御と、オゾン供給装置12(すなわち空気供給ポンプ13及びオゾン生成装置14)に対するオゾン供給制御と、空気供給装置16に対する空気供給制御(すなわち排気ガス流速増大制御)とを実行する。
The
図2は、この第1の実施形態に係るコントロールユニット20がエンジン1の始動直後に行う具体的制御動作の1例を示すフローチャートである。すなわち、コントロールユニット20は、ステップS11で、冷間始動であることを確認した後、ステップS12で、各種状態量を読み込む。この状態量には、吸入空気量、吸入空気温度、エンジン回転数、燃料噴射量、排気ガス温度等が含まれる。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of a specific control operation performed immediately after the
次いで、ステップS13で、オゾン供給装置12を作動させる。つまり、三元触媒11よりも上流の排気通路3にオゾンを供給するのである。
Next, in step S13, the
次いで、ステップS14で、次式(1)に従い、スペースベロシティ(SV:空間速度)を演算する。
SV=(A+B)/触媒担体の容積 ……(1)
Next, in step S14, space velocity (SV: space velocity) is calculated according to the following equation (1).
SV = (A + B) / volume of catalyst carrier (1)
ここで、式(1)中、Aは、エアフローメータ5で検出される単位時間当たりの吸入空気量体積(V)と、吸入空気温度センサ6で検出される温度(T1)と、排気ガス温度センサ15で検出される温度(T2)とを次式(2)に代入して得られる値である。
A=V・(T2+273)/(T1+273) ……(2)
Here, in the formula (1), A is the intake air volume (V) per unit time detected by the
A = V · (T2 + 273) / (T1 + 273) (2)
また、式(1)中、Bは、エンジン燃焼室に噴射される燃料が、燃焼によって、HC、CO、NOxの各ガス成分になったと仮定した場合の燃焼のモル計算で算出される単位時間当たりの排気ガス体積を、排気ガス温度センサ15で検出される温度下に換算した値である。
In Equation (1), B is a unit time calculated by calculating the molarity of combustion when it is assumed that the fuel injected into the engine combustion chamber has become gas components of HC, CO, and NOx due to combustion. This is a value obtained by converting the hit exhaust gas volume to a temperature detected by the exhaust
スペースベロシティは、一般に、排気ガス浄化触媒が排気ガスを処理する速度の指標であって、要するに、排気ガス浄化触媒が単位時間当たり(例えば1時間当たり)に処理できる排気ガスの体積を排気ガス浄化触媒の体積で割った値である。したがって、図1から明らかなように、スペースベロシティが大きいほど、オゾン供給装置12の作動によってオゾン供給通路4から排気通路3に供給されたオゾンが排気ガス流にのってより短時間で三元触媒11に到達し、寿命内で分解せずに済んだオゾンと三元触媒11との協働により排気ガス浄化率が確実に向上することとなる。
Space velocity is generally an index of the speed at which the exhaust gas purification catalyst processes exhaust gas. In short, the exhaust gas volume that can be processed by the exhaust gas purification catalyst per unit time (for example, per hour) is purified. It is the value divided by the volume of the catalyst. Therefore, as is apparent from FIG. 1, the larger the space velocity, the more the ozone supplied from the ozone supply passage 4 to the exhaust passage 3 by the operation of the
次いで、ステップS15で、スペースベロシティ(SV)が所定値以下か否かを判定する。その結果、スペースベロシティ(SV)が、例えば低負荷低回転等により、所定値以下のときは、ステップS16で、空気供給装置16を作動させる。つまり、三元触媒11の上流の排気通路3に空気を供給するのである。これにより、前述したように、空気供給装置16から排気通路3に供給された空気によって、三元触媒11の上流の排気通路3を流れる排気ガスの流速が増大することとなる。
Next, in step S15, it is determined whether or not the space velocity (SV) is equal to or less than a predetermined value. As a result, when the space velocity (SV) is equal to or less than a predetermined value due to, for example, low load and low rotation, the
一方、ステップS15でスペースベロシティ(SV)が所定値を超えて大きいときは、排気ガスの流速を増大させることなく、ステップS17に進む。 On the other hand, when the space velocity (SV) is larger than the predetermined value in step S15, the process proceeds to step S17 without increasing the flow rate of the exhaust gas.
次いで、ステップS17で、排気ガス温度Tが触媒活性化温度TH以下か否かを判定する。その結果、排気ガス温度Tが触媒活性化温度TH以下の間は、前記のステップS12〜S16を繰り返す。つまり、オゾンの供給(S13)及び空気の供給(S16:必要時のみ)を続行する。 Next, in step S17, it is determined whether or not the exhaust gas temperature T is equal to or lower than the catalyst activation temperature TH. As a result, the steps S12 to S16 are repeated while the exhaust gas temperature T is equal to or lower than the catalyst activation temperature TH. That is, ozone supply (S13) and air supply (S16: only when necessary) are continued.
そして、排気ガス温度Tが触媒活性化温度THを超えて高くなった段階で、ステップS18に進んでオゾンの供給を停止し、ステップS19に進んで空気の供給(行っていた場合のみ)を停止して、この制御が終了する。 Then, when the exhaust gas temperature T becomes higher than the catalyst activation temperature TH, the process proceeds to step S18 to stop the supply of ozone, and the process proceeds to step S19 to stop the supply of air (only when it has been performed). Then, this control ends.
このように、本実施形態に係る排気ガス浄化装置10は、エンジン1の排気通路3に配設された三元触媒11の上流に、オゾン供給装置12(すなわち空気供給ポンプ13及びオゾン生成装置14)によりオゾンを供給可能に構成されものである。そして、エンジン1の始動後に(ステップS11でYES)、排気ガス温度Tが触媒活性化温度TH以下のときは(ステップS17でYES)、オゾン供給装置12を作動させて(ステップS13)、オゾンを三元触媒11の上流に供給するようにしたから、エンジン1の始動後に、排気ガス温度Tが触媒活性化温度THに到達するまでの間、HCやCOの未燃排気ガス成分がオゾンと三元触媒11との協働によって有効に酸化浄化され、排気ガス浄化率が向上することとなる。
As described above, the exhaust
そして、そのうえで、三元触媒11の上流の排気通路3を流れる排気ガスの流速(スペースベロシティSV)が所定値以下のときは(ステップS15でYES)、三元触媒11の上流の排気通路3を流れる排気ガスの流速を増大するようにしたから(ステップS16)、オゾン供給装置12の作動によって三元触媒11の上流の排気通路3に供給されたオゾンが比較的短時間のうちに三元触媒11に到達することとなり、その結果、オゾンが三元触媒11に到達するまでに分解してしまってオゾンと三元触媒11との協働により排気ガスを効率よく浄化することが困難になる、という不具合が抑制されることとなる。
In addition, when the flow velocity (space velocity SV) of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 3 upstream of the three-
その場合に、オゾン供給装置12がオゾンを供給する部位(オゾン供給通路4の合流点)よりも上流の排気通路3に空気供給装置16が空気を供給することによって排気ガスの流速を増大するようにしたから、簡単かつ低コストな方法で確実に排気ガスの流速を増大することが可能となる。
In that case, the flow rate of the exhaust gas is increased by the
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。ただし、前述の第1の実施形態と同じ又は類似する部分は説明を省略し、第2の実施形態の特徴部分のみ説明を加える。また、前述の第1の実施形態と同じ又は類似する構成要素には同じ符号を用いる。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. However, the description of the same or similar parts as those in the first embodiment will be omitted, and only the characteristic parts of the second embodiment will be described. The same reference numerals are used for the same or similar components as those in the first embodiment.
図3は、本発明の第2の実施形態に係る排気ガス浄化装置10の制御システムを含んだ全体構成図である。図1と異なる点は、排気通路3に空気を供給する空気供給装置16が配設されていない点である。
FIG. 3 is an overall configuration diagram including a control system of the exhaust
そして、この排気ガス浄化装置10のコントロールユニット20は、前記エアフローメータ5からの吸入空気量信号と、前記吸入空気温度センサ6からの吸入空気温度信号と、前記エンジン回転数センサ7からのエンジン回転数信号と、前記排気ガス温度センサ15からの排気ガス温度信号とを入力し、その入力結果に基いて、エンジン1に対する燃料噴射制御と、オゾン供給装置12(すなわち空気供給ポンプ13及びオゾン生成装置14)に対するオゾン供給制御と、同じくオゾン供給装置12(すなわち空気供給ポンプ13及びオゾン生成装置14)に対する排気ガス流速増大制御とを実行する。
The
図4は、この第2の実施形態に係るコントロールユニット20がエンジン1の始動直後に行う具体的制御動作の1例を示すフローチャートである。ステップS21〜S25及びS28は、図2のステップS11〜S15及びS17と同様である。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of a specific control operation performed immediately after the
この第2の実施形態では、ステップS25で、スペースベロシティ(SV)が所定値以下のときは、ステップS26で、オゾン供給装置12の空気供給ポンプ13を増速させる。つまり、オゾン供給通路4を介して排気通路3の側に向けて送る空気の送り量を増大させるのである。これにより、オゾン供給通路4から排気通路3に供給された空気が増量して、三元触媒11の上流の排気通路3を流れる排気ガスの流速が増大することとなる。
In the second embodiment, when the space velocity (SV) is equal to or less than a predetermined value in step S25, the
次いで、ステップS27で、オゾン供給装置12のオゾン生成装置14におけるオゾン生成率を増大させる。つまり、空気供給ポンプ13による空気送り量の増大に歩調を合わせて、オゾン生成装置14によるオゾン生成率を増大させるのである。これは、例えば、空気を無声放電させるときの印加電圧を上げることで達成することができる。
Next, in step S27, the ozone generation rate in the
そして、この第2の実施形態では、ステップS28で、排気ガス温度Tが触媒活性化温度THを超えて高くなった段階で、ステップS29に進んでオゾン供給装置12(すなわち空気供給ポンプ13及びオゾン生成装置14)を停止する。つまり、排気通路3へのオゾンの供給、排気ガス流速の増大(行っていた場合のみ)及びオゾン生成率の増大(行っていた場合のみ)を停止して、この制御が終了する。
In the second embodiment, in step S28, when the exhaust gas temperature T becomes higher than the catalyst activation temperature TH, the process proceeds to step S29 and the ozone supply device 12 (that is, the
このように、第2の実施形態においては、オゾン供給装置12が、空気を排気通路3の側に向けて送る空気供給ポンプ13と、この空気供給ポンプ13で送られた空気を原料にしてオゾンを生成するオゾン生成装置14とを有するものである場合に、空気供給ポンプ13の空気送り量を増大させることによって(ステップS26)、排気ガスの流速を増大するようにしたから、空気を排気通路3に供給するための手段(例えば第1実施形態の空気供給装置16等)を別途設ける必要がなくなる。
As described above, in the second embodiment, the
そして、空気供給ポンプ13の空気送り量が増大されたとき、オゾン生成装置14のオゾン生成率を増大させるようにしたから(ステップS27)、排気通路3に供給されるオゾンの量が多くなり、未燃排気ガス成分の浄化率がより一層向上することとなる。
Then, when the air feed amount of the
図5は、排気ガスの流速を変化させて行った排気ガス浄化率の実験結果を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing an experimental result of the exhaust gas purification rate performed by changing the flow rate of the exhaust gas.
すなわち、ガソリンエンジンに汎用される排気ガス浄化触媒に排気ガスの模擬ガスを流通させて排気ガス浄化性能試験を行った。使用した触媒は、触媒貴金属の合計量が7.0g/Lで、その内訳は、Pt:Pd:Rhが質量比で1:30:2であった。また、Pd担持用Al2O3が100g/L、Rh担持用OSC材(セリアを含む酸素吸蔵材)が70g/L、Pt担持用Al2O3が60g/Lであった。 That is, an exhaust gas purification performance test was conducted by passing a simulated exhaust gas through an exhaust gas purification catalyst generally used in gasoline engines. The catalyst used had a total amount of catalyst noble metal of 7.0 g / L, and the breakdown was Pt: Pd: Rh in a mass ratio of 1: 30: 2. Further, Pd-supporting Al 2 O 3 was 100 g / L, Rh-supporting OSC material (oxygen storage material containing ceria) was 70 g / L, and Pt-supporting Al 2 O 3 was 60 g / L.
使用した模擬ガスの組成は、プロピレン(C3H6)を700ppmC、オゾン(O3)を0.3vol%、酸素(O2)を0.7vol%、残りを窒素とした。 The composition of the simulation gas used was propylene (C 3 H 6 ) 700 ppmC, ozone (O 3 ) 0.3 vol%, oxygen (O 2 ) 0.7 vol%, and the rest nitrogen.
模擬ガスの流量は、実験例Aの場合、空気供給を行うことにより、20L/分(スペースベロシティSVに換算すると48,000/h相当)、実験例Bの場合、同じく空気供給を行うことにより、15L/分(スペースベロシティSVに換算すると36,000/h相当)、実験例Cの場合、空気供給を行わずに、10L/分(スペースベロシティSVに換算すると24,000/h相当)とした。 The flow rate of the simulated gas is 20 L / min (corresponding to 48,000 / h in terms of space velocity SV) by supplying air in the case of Experimental Example A, and the same air supply in the case of Experimental Example B. 15 L / min (equivalent to 36,000 / h when converted to space velocity SV), in the case of Experimental Example C, 10 L / min (equivalent to 24,000 / h when converted to space velocity SV) without air supply did.
模擬ガスの温度は、70℃からスタートして(冷間始動)、10℃/分で昇温させた。 The temperature of the simulated gas started from 70 ° C. (cold start) and was raised at 10 ° C./min.
結果を図5に示す。図5において、縦軸は、触媒通過後の模擬ガス中のプロピレン濃度である。これから明らかなように、模擬ガスの流速が低いほど排気ガス浄化率が低くなっているのがわかる。つまり、空気供給を行うことにより、模擬ガスの流量ないしスペースベロシティSVを増大させた実験例A,Bでは、模擬ガス温度ひいては触媒温度の上昇に伴い、排気ガス浄化率が順調に高まっていき、最も模擬ガスの流速が高い実験例Aでは、模擬ガス温度が約170℃になった段階で排気ガス浄化率が略100%に達し、その次に模擬ガスの流速が高い実験例Bでは、模擬ガス温度が約180℃になった段階で排気ガス浄化率が略100%に達した。これらと対照的に、空気供給を行わず、最も模擬ガスの流速が低い実験例Cでは、模擬ガス温度が約140℃付近までは、浄化率が上昇していたが、それ以降は逆に浄化率が低下していき、浄化率が100%に達することはなかった。これは、オゾンの寿命が、周辺温度が触媒活性化温度に近づいた約140〜150℃以上になると、急激に短くなり、オゾンと触媒との協働による排気ガス浄化効率が急激に低下するためと考えられる。 The results are shown in FIG. In FIG. 5, the vertical axis represents the propylene concentration in the simulated gas after passing through the catalyst. As can be seen, the exhaust gas purification rate decreases as the simulated gas flow rate decreases. That is, in the experimental examples A and B in which the flow rate of the simulated gas or the space velocity SV is increased by supplying the air, the exhaust gas purification rate increases steadily as the simulated gas temperature and thus the catalyst temperature increase. In Experiment A where the simulated gas flow rate is the highest, the exhaust gas purification rate reaches approximately 100% when the simulated gas temperature reaches about 170 ° C., and then in Experiment B where the simulated gas flow rate is the highest, When the gas temperature reached approximately 180 ° C., the exhaust gas purification rate reached approximately 100%. In contrast to this, in Experiment C where air supply was not performed and the flow speed of the simulated gas was the lowest, the purification rate increased until the simulated gas temperature was approximately 140 ° C., but thereafter the purification rate was reversed. The rate declined and the purification rate never reached 100%. This is because the lifetime of ozone is rapidly shortened when the ambient temperature is about 140 to 150 ° C. or more near the catalyst activation temperature, and the exhaust gas purification efficiency due to cooperation between ozone and the catalyst is drastically reduced. it is conceivable that.
このことから、条件に応じて、たとえ排気ガスの流速が所定値以下(実験例Cの場合)であっても、排気ガスの流速を常に増大するのではなく(図2のステップS15,S16及び図4のステップS25,S26参照)、排気ガス温度が所定温度(この実験例では約140〜150℃)以上に上昇するまでは、排気ガスの流速を増大せず、排気ガス温度が所定温度(同上)以上に上昇した段階で、排気ガスの流速を増大するようにしてもよい。 Therefore, depending on the conditions, even if the exhaust gas flow rate is not more than a predetermined value (in the case of Experimental Example C), the exhaust gas flow rate is not always increased (steps S15, S16 and FIG. 2). Until the exhaust gas temperature rises to a predetermined temperature (about 140 to 150 ° C. in this experimental example) or higher, the flow rate of the exhaust gas is not increased and the exhaust gas temperature is kept at the predetermined temperature (see steps S25 and S26 in FIG. 4). Same as above) The flow rate of the exhaust gas may be increased at the above-mentioned stage.
なお、前記実施形態は、本発明の最良の実施形態ではあるが、特許請求の範囲を逸脱しない限り、さらに種々の修正や変更を施してよいことはいうまでもない。例えば、前記実施形態では、排気ガス温度は、排気通路3に配設した排気ガス温度センサ15で直接検出していたが、これに限らず、エンジン負荷(吸入空気量)やエンジン回転数等のエンジン1の運転状態に基いて間接的に検出することも可能である。
The above embodiment is the best embodiment of the present invention, but it goes without saying that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the claims. For example, in the above-described embodiment, the exhaust gas temperature is directly detected by the exhaust
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、触媒上流の排気通路を流れる排気ガスの流速が遅いときでも、活性酸素が触媒に到達するまでに分解する問題を抑制することが可能な技術であるから、排気ガス浄化装置、特に、エンジンの排気通路に配設された排気ガス浄化触媒の上流に活性酸素を供給可能に構成された排気ガス浄化装置の技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。 As described above in detail with reference to specific examples, the present invention suppresses the problem that active oxygen decomposes before reaching the catalyst even when the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage upstream of the catalyst is slow. Since it is a possible technology, it is a wide range of industries in the technical field of exhaust gas purification devices, particularly exhaust gas purification devices configured to be able to supply active oxygen upstream of an exhaust gas purification catalyst disposed in an exhaust passage of an engine. The above availability is expected.
1 エンジン
3 排気通路
10 排気ガス浄化装置
11 排気ガス浄化触媒(三元触媒)
12 オゾン供給装置(活性酸素供給手段)
13 空気供給ポンプ(空気送り部)
14 オゾン生成装置(活性酸素生成部)
15 排気ガス温度センサ(排気ガス温度検出手段)
16 空気供給装置(空気供給手段)
20 コントロールユニット(活性酸素供給制御手段、排気ガス流速検出手段、排気ガス流速増大手段、活性酸素生成率増大手段)
1 Engine 3
12 Ozone supply device (active oxygen supply means)
13 Air supply pump (air feed part)
14 Ozone generator (active oxygen generator)
15 Exhaust gas temperature sensor (exhaust gas temperature detection means)
16 Air supply device (air supply means)
20 Control unit (active oxygen supply control means, exhaust gas flow rate detection means, exhaust gas flow rate increase means, active oxygen production rate increase means)
Claims (4)
この排気ガス浄化触媒の上流の排気通路に活性酸素を供給可能な活性酸素供給手段とを有する排気ガス浄化装置であって、
排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段と、
エンジンの始動後に、前記排気ガス温度検出手段で検出される排気ガスの温度が前記排気ガス浄化触媒の活性化温度以下のとき、前記活性酸素供給手段を作動させる活性酸素供給制御手段と、
前記排気ガス浄化触媒の上流の排気通路を流れる排気ガスの流速を検出する排気ガス流速検出手段と、
前記活性酸素供給制御手段による活性酸素供給手段の作動時に、前記排気ガス流速検出手段で検出される排気ガスの流速が所定値以下のとき、前記排気ガス浄化触媒の上流の排気通路を流れる排気ガスの流速を増大する排気ガス流速増大手段とが備えられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。 An exhaust gas purification catalyst disposed in the exhaust passage of the engine;
An exhaust gas purification device having active oxygen supply means capable of supplying active oxygen to an exhaust passage upstream of the exhaust gas purification catalyst,
Exhaust gas temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas;
Active oxygen supply control means for operating the active oxygen supply means when the temperature of the exhaust gas detected by the exhaust gas temperature detection means is equal to or lower than the activation temperature of the exhaust gas purification catalyst after the engine is started;
Exhaust gas flow rate detection means for detecting the flow rate of exhaust gas flowing through the exhaust passage upstream of the exhaust gas purification catalyst;
When the active oxygen supply means is operated by the active oxygen supply control means, and the exhaust gas flow rate detected by the exhaust gas flow rate detection means is below a predetermined value, the exhaust gas flowing through the exhaust passage upstream of the exhaust gas purification catalyst And an exhaust gas flow rate increasing means for increasing the flow rate of the exhaust gas.
前記活性酸素供給手段が活性酸素を供給する部位よりも上流の排気通路に空気を供給可能な空気供給手段が備えられ、
前記排気ガス流速増大手段は、前記空気供給手段を作動させることにより、排気ガスの流速を増大することを特徴とする排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purification device according to claim 1,
An air supply means capable of supplying air to an exhaust passage upstream of a site where the active oxygen supply means supplies active oxygen;
The exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein the exhaust gas flow rate increasing means increases the flow speed of the exhaust gas by operating the air supply means.
前記活性酸素供給手段は、空気を排気通路の側に向けて送る空気送り部と、この空気送り部で送られた空気を原料にして活性酸素を生成する活性酸素生成部とを有し、
前記排気ガス流速増大手段は、前記空気送り部の空気送り量を増大させることにより、排気ガスの流速を増大することを特徴とする排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purification device according to claim 1,
The active oxygen supply means has an air feed section that sends air toward the exhaust passage, and an active oxygen generation section that generates active oxygen using the air sent by the air feed section as a raw material,
The exhaust gas flow rate increasing means increases the flow rate of the exhaust gas by increasing the air feed amount of the air feed section.
前記空気送り部の空気送り量が増大されたとき、前記活性酸素生成部の活性酸素生成率を増大させる活性酸素生成率増大手段が備えられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。 An exhaust gas purification device according to claim 3,
An exhaust gas purifying apparatus, comprising: an active oxygen production rate increasing means for increasing an active oxygen production rate of the active oxygen production unit when an air feed amount of the air feed unit is increased.
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