JP2009162157A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排気浄化装置は、内燃機関の排気管4に設けられ、排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のNOxを吸着もしくは吸蔵し、排気空燃比をリッチにしたときに、吸着もしくは吸蔵したNOxを還元するNOx浄化触媒33と、排気管4とは別に設けられ、燃料を改質して水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を製造し、この還元性気体を、排気管4のうちNOx浄化触媒33の上流側から、排気管4内に供給する燃料改質器50と、排気空燃比をリッチ化するリッチ化手段と、を備える。このリッチ化手段は、複数の運転条件のうち1つ又は複数の条件を満たす場合には、エンジンで燃焼させる混合気の空燃比をリッチにするとともに、燃料改質器50により還元性気体を排気管4内に供給することで排気空燃比をリッチ化する。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1,2及び非特許文献1には、排気通路にNOx吸蔵還元触媒(以下、「LNT」という)を設け、排気が酸素過剰となるリーン運転時に、排気を酸化触媒に通してNOxをアルカリ金属又はアルカリ土類金属などと反応させて吸蔵し、排気の酸素濃度が低くなるリッチ運転時に、吸蔵したNOxを還元する排気浄化装置が示されている。この排気浄化装置では、リーン運転とリッチ運転とを繰り返すことで、NOxの吸蔵とNOxの還元とを周期的に行うことができる。
NO→NO(吸着) (1)
2NO+O2→2NO2 (2)
NO2→NO2(吸着) (3)
次に、リッチ運転を行うとともに、一酸化炭素を合成する。ここで合成された一酸化炭素は、酸素分圧が低い環境において、下記式(4)に示す水性ガスシフト反応により水素を生成する。
CO+H2O→H2+CO2 (4)
さらに、この水素が還元雰囲気において一酸化窒素と反応してアンモニアが生成され、下記式(5)により、このアンモニアが触媒に吸着される。
5H2+2NO→2NH3(吸着)+2H2O (5)
以上のようにして一酸化炭素により生成されたアンモニアを最終還元剤として、下記式(6)〜(8)により、排気中のNOx又は触媒に吸着したNOxが還元される。
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (6)
2NH3+NO2+NO→2N2+3H2O (7)
8NH3+6NO2→7N2+12H2O (8)
CnHm+1/2nO2→nCO+1/2mH2 (9)
この部分酸化反応は、燃料と酸素を用いた発熱反応であり、自発的に反応が進行する。このため、一旦、反応が始まると、外部から熱の供給をすることなく水素を製造し続けることができる。また、このような部分酸化反応において、燃料と酸素とを高温状態で共存させた場合には、下記式(10)に示すような燃焼反応も進行する。
CnHm+(n+1/4m)O2→nCO2+1/2mH2O (10)
また、酸化剤として水蒸気を用いた、下記式(11)に示す水蒸気改質反応が知られている。
CnHm+nH2O→nCO+(n+1/2m)H2 (11)
この水蒸気改質反応は、燃料と水蒸気とを用いた吸熱反応であり、自発的に進行する反応ではない。このため、水蒸気改質反応は、上述の部分酸化反応に対して制御しやすいものとなっている。
すなわち、リッチ運転を行い、排気空燃比をリッチにすると、LNTに吸蔵されたNOxが脱離するものの、LNTが活性温度より低い温度である場合には、一酸化炭素や炭化水素などの排気中の還元剤との還元反応が生じにくくなり、NOxが還元されずにLNTの下流に流出してしまい、NOx浄化性能が低下するおそれがある。
そこで、燃料噴射時期を遅角したり、吸気スロットルを絞ったりすることで、排気の温度を上昇させ、これによりLNTの温度を上昇させることが考えられる。しかしながら、このような制御を行った場合、燃費が悪化したり、エンジンの燃焼安定性が損なわれたりするおそれがある。
しかしながら、このように酸素過剰の排気中に水素、一酸化炭素などの還元剤を添加してLNTを浄化する場合、NOxを浄化できるのは200℃程度が限界である。例えば、LNTの温度が200℃以上であると、添加した水素や一酸化炭素が燃焼してしまう。このため、このような温度では、添加剤の量が不足してしまい、NOxの還元反応が十分に進行しなくなってしまう。
また、燃料改質器を安定した状態で運転するには、この燃料改質器の改質触媒における反応温度を一定に保つ必要がある。しかしながら、上述の特許文献3,4の排気浄化システムのように、酸素量、水蒸気量、及び温度が常に変化する排気通路に燃料改質器を設けると、燃料改質器を安定した状態で運転することが困難になってしまう。
請求項3に記載の発明は、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、前記複数の運転条件は、前記内燃機関が減速運転状態であることを含むことを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1から3の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記複数の運転条件は、前記内燃機関の燃料噴射量が所定の判定量より少ないことを含むことを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1から4の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記複数の運転条件は、前記内燃機関の発生トルク(TRQ)が所定の判定値より小さいことを含むことを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項1から5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記複数の運転条件は、前記排気通路を流通する排気の温度(TE)が所定の判定温度より低いことを含むことを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項1から6の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記複数の運転条件は、前記NOx浄化触媒の温度(TLNC)が所定の判定温度(TATH)より低いことを含むことを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項1から8の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料改質器による還元性気体の供給を開始してからの経過時間(TIMH)を計測する計時手段(40)をさらに備え、前記リッチ化手段は、前記計時手段により計測された経過時間が所定の判定時間(TIMHE)になった場合には、前記燃料改質器による還元性気体の供給を停止することを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、請求項1から10の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気空燃比をリッチにする際には、前記内燃機関の吸入空気量(GA)を低減する吸気量低減手段をさらに備えることを特徴とする。
請求項12に記載の発明は、請求項1から11の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記NOx浄化触媒の温度(TLNC)、前記NOx浄化触媒に吸着又は吸蔵されたNOxの推定量(TRN)、リッチ制御継続時間(TIMNE,TIMHE)、前記内燃機関の回転数(NE)、及び前記内燃機関の発生トルク(TRQ)のうち少なくとも1つに基づいて、前記排気空燃比をリッチ化する際における排気空燃比(AF)の目標値(NAFTV,HAFTV)を決定する排気空燃比目標値決定手段(40)をさらに備え、前記リッチ化手段は、前記排気空燃比(AF)が前記排気空燃比目標値決定手段により決定された目標値(NAFTV,HAFTV)に一致するように、前記排気空燃比をリッチ化することを特徴とする。
請求項14に記載の発明は、請求項1から13の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料改質器は、炭化水素燃料と空気との部分酸化反応により、一酸化炭素を主成分とする還元性気体を製造することを特徴とする。
また、例えば、内燃機関の運転状態がエンジン空燃比をリッチにしにくい条件に当てはまるような場合であっても、燃料改質器により製造された還元性気体を排気通路内に供給することで、エンジン空燃比をリーンにし内燃機関における燃焼を最適な状態に保ちつつ、NOx浄化触媒に流入する排気の排気空燃比をリッチすることができる。したがって、内燃機関の運転状態によらずNOx浄化性能を向上することができる。またここで、エンジン空燃比はリーンに保つことができるので、オイルダイリューションが発生したり、内燃機関の燃焼が不安定になったりすることもない。
また、還元性気体を製造する燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、内燃機関の運転状態や、排気の酸素濃度及び水蒸気濃度などによらず、常に最適な効率で還元性気体を製造できるとともに、この還元性気体を排気通路内に供給することができる。また、燃料改質器を排気通路とは別に設けることで、内燃機関の運転状態など必要に応じて還元性気体を供給することが可能となる。また、大気圧より高い圧力の還元性気体を排気通路内に供給することにより、余分な装置を追加することなく還元性気体を排気通路内に供給できる。
一方、燃料改質器を排気通路内に設けた場合には、排気の成分、温度、流速に影響することなく運転できるように、燃料改質器を大型にする必要があるが、請求項1の発明によれば、燃料改質器を排気通路とは別に設けることで、装置を大型にすることなく安定した運転を行うことができる。また、燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、内燃機関の制御とは別系統の制御を行うことで、燃料改質器が備える触媒を早期に活性化することも可能となる。
また、水素を含む還元性気体を供給することにより、NOx浄化触媒における還元反応速度を向上させることができる。これにより、排気空燃比をリッチにしたときに、NOx浄化触媒に吸着又は吸蔵されたNOxが還元されずに脱離するのを防止することができる。
請求項3に記載の発明によれば、内燃機関が減速運転状態となり、エンジン空燃比をリッチにしにくい状態になった場合であっても、還元性気体を供給することでNOx浄化触媒におけるNOxの還元反応を促進することができる。
請求項4に記載の発明によれば、内燃機関の燃料噴射量が所定の判定量より少なくなり、エンジン空燃比をリッチにしにくい状態になった場合であっても、還元性気体を供給することでNOx浄化触媒におけるNOxの還元反応を促進することができる。
請求項5に記載の発明によれば、発生トルクが所定の判定値より小さくなり、エンジン空燃比をリッチにしにくい状態になった場合であっても、還元性気体を供給することでNOx浄化触媒におけるNOxの還元反応を促進することができる。
請求項6に記載の発明によれば、排気の温度が所定の判定温度より低く、NOx浄化触媒における還元反応が生じにくくなった場合であっても、還元性気体を供給することでNOx浄化触媒におけるNOxの還元反応を促進することができる。
請求項7に記載の発明によれば、NOx浄化触媒の温度が所定の判定温度より低く、NOx浄化触媒における還元反応が生じにくくなった場合であっても、還元性気体を供給することでNOx浄化触媒におけるNOxの還元反応を促進することができる。
請求項9に記載の発明によれば、長時間に亘って還元性気体を供給し続けることによって、この還元性気体を製造するための燃料が無駄に消費するのを防止できる。
請求項10に記載の発明によれば、NOx吸着量、回転数、及び発生トルクに基づいて排気空燃比をリッチ化するか否かを判断することにより、内燃機関の状態に応じて効果的にリッチ化することができる。
請求項11に記載の発明によれば、排気空燃比をリッチ化する際に吸入空気量を低減することにより、排気の温度を上昇しNOx浄化触媒を昇温することができる。また、NOx浄化触媒に流入するガスの空燃比をリッチにするために必要な還元性気体の供給量を少なくすることができる。
請求項12に記載の発明によれば、NOx浄化触媒の温度、NOx吸着量、リッチ制御時間、回転数、及び発生トルクのうち少なくとも1つに基づいて排気空燃比の目標値を決定し、この目標値に一致するように排気空燃比をリッチ化する。これにより、NOx浄化触媒の状態、及び、内燃機関の運転状態に適した排気空燃比でリッチ化することができる。
請求項14に記載の発明によれば、部分酸化反応により還元性気体を製造することにより、この燃料改質器を小型なものにできる。つまり、上述のように部分酸化反応は発熱反応であり、一旦反応が開始すれば自発的に反応が進行するため、外部から余分なエネルギーを供給する装置を設ける必要がないためである。また、シフト反応などの水素を濃縮するためのコンバータやシステムも設ける必要もない。また、このように燃料改質器を小型にすることで、燃料改質器のライトオフ時間を短縮できる。したがって、必要に応じて速やかに還元性気体を排気通路内に供給することができる。
また、この部分酸化反応において副次的に生成される軽質の炭化水素も一酸化炭素や水素とともにNOx浄化触媒に導入して、NOxの還元に使用することもできる。
NOx浄化触媒33は、アルミナ(Al2O3)、セリア(CeO2)、及びセリウムと希土類の複合酸化物(以下、「セリア系複合酸化物」という)の担体に担持された、触媒として作用する白金(Pt)と、NOx吸着能力を有するセリアもしくはセリア系複合酸化物と、触媒に生成されたアンモニアアンモニア(NH3)を、アンモニウムイオン(NH4 +)として保持する機能を有するゼオライトとを備える。
NOx還元触媒の下層は、白金を4.5(g/L)と、セリアを60(g/L)と、アルミナを30(g/L)と、Ce−Pr−La−Oxを60(g/L)と、Zr−Oxを20(g/L)と、で構成される材料を水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌、混合することでスラリーを製造し、このスラリーを触媒担体にコーティングして形成される。
また、NOx還元触媒の上層は、β型のゼオライトに鉄(Fe)及びセリウム(Ce)をイオン交換したものを75(g/L)と、アルミナを7(g/L)と、バインダーを8(g/L)と、で構成される材料を、水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌、混合することでスラリーを製造し、このスラリーを上述の下層にコーティングして形成される。
先ず、エンジン空燃比を化学量論比よりリーン側に設定し、いわゆるリーンバーン運転を行うと、NOx浄化触媒33へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より低くなる。その結果、排気中の一酸化窒素(NO)と酸素(O2)とが触媒の作用で反応し、NO2としてセリアもしくはセリア系複合酸化物に吸着される。また、酸素と反応していない一酸化炭素(CO)も、セリアもしくはセリア系複合酸化物に吸着される。
このように、NOx浄化触媒33によれば、還元剤供給中に生成されるアンモニアがゼオライトに吸着され、リーンバーン運転中に吸着したアンモニアがNOxと反応するので、NOxの浄化を効率よく行うことができる。
ここで、エンジン1の回転数NEは、クランク角度位置センサの出力に基づいて、ECU40により算出される。また、エンジン1の発生トルクTRQは、図示しないアクセルペダルの踏み込み量APに応じて決定される燃料噴射弁の燃料噴射量に基づいて、ECU40により算出される。
ステップS2では、NOx浄化触媒の温度TLNCが所定の判定温度TATHより低いか否かを判別する。この判別がYESの場合はステップS8に移り、NOの場合はステップS3に移る。本実施形態では、排気温度センサにより検出された排気温度TEに基づいて、NOx浄化触媒の温度TLNCを推定する。
ステップS4では、スロットル弁を絞り吸入空気量GAを低減し、ステップS5に移る。
ステップS5では、通常リッチ化制御の実行を開始し、ステップS6に移る。この通常リッチ化制御では、排気空燃比AFが目標排気空燃比NAFTVに一致するように、エンジンの主噴射量、ポスト噴射量、吸入空気量GAのうち少なくとも1つを調整する。
ステップS6では、通常リッチタイマTIMNが0であるか否かを判別し、この判別がYESの場合にはステップS7に移り、通常リッチタイマTIMNをスタートした後にステップS15に移り、NOの場合にはステップS15に移る。
ステップS9では、スロットル弁を絞り吸入空気量GAを低減し、ステップS10に移る。
ステップS10では、H2リッチ化制御の実行を開始し、ステップS11に移る。このH2リッチ化制御では、排気空燃比AFが目標排気空燃比HAFTVに一致するように、エンジンの主噴射量、ポスト噴射量、吸入空気量GA、及び還元ガス供給量GRGのうち少なくとも1つを調整する。
ステップS12では、NOx浄化触媒の温度TLNCが所定の判定温度TBTH以上であるか否かを判別する。この判別がYESの場合にはステップS14に移り、NOの場合にはステップS13に移る。ここで、判定温度TBTHは、上述の判定温度TATHよりも大きな値に設定される。
ステップS13では、H2リッチタイマの計測時間TIMHが所定の判定時間TIMHEより小さいか否かを判別する。この判別がYESの場合にはステップS15に移り、NOの場合にはステップS14に移る。H2リッチタイマの判定時間TIMHEは、後述の通常リッチタイマの判定時間TIMNEより短く設定される。
ステップS15では、通常リッチタイマの計測時間TIMNが所定の判定時間TIMNEより小さいか否かを判別する。この判別がYESの場合にはリッチ化制御を終了し、NOの場合にはステップS16に移る。
ステップS16では、通常リッチ化制御を停止し、通常リッチタイマTIMNをリセットし、リッチ化制御を終了する。
また、例えば、エンジン1の運転状態がエンジン空燃比をリッチにしにくい条件に当てはまるような場合であっても、燃料改質器50により製造された還元性気体を排気管4内に供給することで、エンジン空燃比をリーンにしエンジン1における燃焼を最適な状態に保ちつつ、NOx浄化触媒33に流入する排気の排気空燃比をリッチすることができる。したがって、エンジン1の運転状態によらずNOx浄化性能を向上することができる。またここで、エンジン空燃比はリーンに保つことができるので、オイルダイリューションが発生したり、エンジン1の燃焼が不安定になったりすることもない。
また、還元性気体を製造する燃料改質器50を排気管4とは別に設けることにより、エンジン1の運転状態や、排気の酸素濃度及び水蒸気濃度などによらず、常に最適な効率で還元性気体を製造できるとともに、この還元性気体を排気管4内に供給することができる。また、燃料改質器50を排気管4とは別に設けることで、エンジン1の運転状態など必要に応じて還元性気体を供給することが可能となる。
一方、燃料改質器50を排気管4内に設けた場合には、排気の成分、温度、流速に影響することなく運転できるように、燃料改質器50を大型にする必要があるが、本実施形態よれば、燃料改質器50を排気管4とは別に設けることで、装置を大型にすることなく安定した運転を行うことができる。また、燃料改質器50を排気管4とは別に設けることにより、エンジン1の制御とは別系統の制御を行うことで、燃料改質器50が備える触媒を早期に活性化することも可能となる。また、大気圧より高い圧力の還元ガスを排気管4内に供給することにより、余分な装置を追加することなく還元ガスを排気管4内に供給できる。
また、水素を含む還元性気体を供給することにより、NOx浄化触媒33における還元反応速度を向上させることができる。これにより、排気空燃比をリッチにしたときに、NOx浄化触媒33に吸着又は吸蔵されたNOxが還元されずに脱離するのを防止することができる。
また本実施形態によれば、NOx浄化触媒33の温度TLNCが所定の判定温度TATHより低く、NOx浄化触媒33における還元反応が生じにくくなった場合であっても、還元性気体を供給することでNOx浄化触媒33におけるNOxの還元反応を促進することができる。
また本実施形態によれば、長時間に亘って還元性気体を供給し続けることによって、この還元性気体を製造するための燃料が無駄に消費するのを防止できる。
また本実施形態によれば、NOx吸着量に基づいて排気空燃比をリッチ化するか否かを判断することにより、内燃機関の状態に応じて効果的にリッチ化することができる。
また本実施形態によれば、排気空燃比をリッチ化する際に吸入空気量GAを低減することにより、排気の温度を上昇しNOx浄化触媒33を昇温することができる。また、NOx浄化触媒33に流入するガスの空燃比をリッチにするために必要な還元性気体の供給量を少なくすることができる。
また本実施形態によれば、NOx浄化触媒33の温度TLNC、NOx吸着量TRN、リッチ制御時間、回転数NE、及び発生トルクTRQのうち少なくとも1つに基づいて排気空燃比の目標値NAFTV,HAFTVを決定し、この目標値に一致するように排気空燃比をリッチ化する。これにより、NOx浄化触媒33の状態、及び、エンジン1の運転状態に適した排気空燃比でリッチ化することができる。
また本実施形態によれば、部分酸化反応により還元性気体を製造することにより、この燃料改質器50を小型なものにできる。つまり、上述のように部分酸化反応は発熱反応であり、一旦反応が開始すれば自発的に反応が進行するため、外部から余分なエネルギーを供給する装置を設ける必要がないためである。また、シフト反応などの水素を濃縮するためのコンバータやシステムも設ける必要もない。また、このように燃料改質器50を小型にすることで、燃料改質器50のライトオフ時間を短縮できる。したがって、必要に応じて速やかに還元性気体を排気管4内に供給することができる。
また、この部分酸化反応において副次的に生成される軽質の炭化水素も一酸化炭素や水素とともにNOx浄化触媒33に導入して、NOxの還元に使用することもできる。
図3は、NOx浄化性能評価試験の試験装置80の構成を示す概略図である。
試験装置80は、モデルガスを所定の組成で供給する供給装置81と、吸着剤84がその内部に設けられた加熱器83と、モデルガスを分析するガス分析計85及びデータ取り込み用計算機86と、を含んで構成される。
加熱器83は、その内部に、反応器82と吸着剤84とを備え、これら反応器82及び吸着剤84を加熱する。反応器82は、供給装置81から供給されたモデルガスを混合し吸着剤84に供給する。
三元触媒には、より具体的には、後述の組成の材料を水系媒体とともにボールミルで攪拌・混合することでスラリーを製造し、このスラリーをFe−Cr−Al合金製担体にコーティングし、600℃で2時間に亘り乾燥・焼成した調製されたものを用いる。三元触媒の組成は、Pt=2.4、Rh=1.2、Pd=6.0、CeO2=50、Al2O3=150、バインダー=10、となっている。
NOx浄化触媒には、上述の実施形態に記載されたNOx浄化触媒33(上述の図1参照)と同じものを用いたので、その説明を省略する。
NOx浄化率[%]=(Cin−Cout)/Cin×100
ここで、Cinは、吸着剤84の流入口におけるモデルガスのNOx濃度であり、Coutは、吸着剤84の流出口におけるモデルガスのNOx濃度である。また、モデルガスのNOx濃度は、ケミカル・ルミネッセン法により測定した。
また、モデルガスは、リーン雰囲気の組成のモデルガスと、リッチ雰囲気の組成のモデルガスと、をそれぞれ55秒及び5秒に亘って交互に供給した。
実施例のモデルガスには、上記実施形態に係る燃料改質器により製造された還元ガス(一酸化炭素、水素、及び炭化水素を含む)を排気に添加したものを模したものとして、下記の組成を有するモデルガスを用いた。
リーン雰囲気
NO :90ppm
CO :6000ppm
HC(プロピレン) :500ppmC(C3H6)
O2 :6%
CO2 :6%
H2O :7%
N2 :バランスガス
H2 :5000ppm
SV=50000h−1
リッチ雰囲気
NO :90ppm
CO :2.1%
HC(プロピレン) :500ppmC(C3H6)
O2 :0%
CO2 :6%
H2O :7%
N2 :バランスガス
H2 :6000ppm
SV=50000h−1
比較例のモデルガスには、上述の還元ガスが添加されていない排気を模したものとして、下記の組成を有するモデルガスを用いた。
リーン雰囲気
NO :90ppm
CO :1000ppm
HC(プロピレン) :500ppmC(C3H6)
O2 :6%
CO2 :6%
H2O :7%
N2 :バランスガス
H2 :0ppm
SV=50000h−1
リッチ雰囲気
NO :90ppm
CO :2%
HC(プロピレン) :500ppmC(C3H6)
O2 :0%
CO2 :6%
H2O :7%
N2 :バランスガス
H2 :0ppm
SV=50000h−1
図4は、実施例及び比較例の試験結果を示す図である。図4において、横軸はモデルガスの温度を示し、縦軸はNOx浄化率を示す。また、黒丸は実施例におけるガス温度とNOx浄化率との関係を示し、白丸は比較例におけるガス温度とNOx浄化率との関係を示す。
実施例のNOx浄化率と比較例のNOx浄化率とを比較すると、実施例のNOx浄化率は全温度域に亘りほぼ一定であるのに対し、比較例は低温域におけるNOx浄化率が特に小さくなっている。したがって、実施例のように一酸化炭素及び水素を含む還元ガスを添加することにより、特に低温域におけるNOx浄化性能を向上できることが検証された。
上記実施形態では、NOx吸着量TRNを推定し、このNOx吸着量TRNに基づいてリッチ化制御を実行するか否かの判断を行った(図2中ステップS1参照)が、これに限らない。例えば、回転数NEや、発生トルクTRQなどのエンジンの運転状態に基づいてリッチ化制御を実行するか否かの判断を行ってもよい。あるいは、NOx吸着量TRN、回転数NE、及び発生トルクTRQのうち2つ以上に基づいて、リッチ化制御を実行するか否かの判断を行ってもよい。これにより、エンジン1の運転状態に応じて効果的にリッチ化することができる。
これにより、エンジンがアイドル運転状態となった場合、減速運転状態となった場合、燃料噴射量が所定の判定量より少なくなった場合、発生トルクが所定の判定値より小さくなった場合など、エンジン空燃比をリッチにしにくい状態になった場合であっても、還元性気体を供給することでNOx浄化触媒におけるNOxの還元反応を促進することができる。また、排気の温度が所定の判定温度より低く、NOx浄化触媒における還元反応が生じにくくなった場合であっても、還元性気体を供給することでNOx浄化触媒におけるNOxの還元反応を促進することができる。
4…排気管(排気通路)
5…排気マニホールド(排気通路)
33…NOx浄化触媒
40…電子制御ユニット(リッチ化手段、リッチ化判定手段、供給停止手段、排気空燃比目標値決定手段、吸気量低減手段、計時手段)
50…燃料改質器
Claims (14)
- 内燃機関の排気通路に設けられ、当該排気通路を流通する排気の空燃比を排気空燃比として、当該排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のNOxを吸着もしくは吸蔵し、前記排気空燃比をリッチにしたときに、前記吸着もしくは吸蔵したNOxを還元するNOx浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質して水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を製造し、この還元性気体を、前記排気通路のうち前記NOx浄化触媒の上流側から、当該排気通路内に供給する燃料改質器と、
前記排気空燃比をリッチ化するリッチ化手段と、を備え、
当該リッチ化手段は、複数の運転条件のうち1つ又は複数の条件を満たす場合には、前記燃料改質器により、大気圧よりも高い圧力の還元性気体を前記排気通路内に供給することで前記排気空燃比をリッチ化することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記複数の運転条件は、前記内燃機関がアイドル運転状態であることを含む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。
- 前記複数の運転条件は、前記内燃機関が減速運転状態であることを含む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。
- 前記複数の運転条件は、前記内燃機関の燃料噴射量が所定の判定量より少ないことを含むことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記複数の運転条件は、前記内燃機関の発生トルクが所定の判定値より小さいことを含むことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記複数の運転条件は、前記排気通路を流通する排気の温度が所定の判定温度より低いことを含むことを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記複数の運転条件は、前記NOx浄化触媒の温度が所定の判定温度より低いことを含むことを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記燃料改質器により還元性気体を供給する間に、前記NOx浄化触媒の温度が所定の判定温度以上となった場合には、当該燃料改質器による還元性気体の供給を停止する供給停止手段を備えることを特徴とする請求項1から7の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記燃料改質器による還元性気体の供給を開始してからの経過時間を計測する計時手段をさらに備え、
前記リッチ化手段は、前記計時手段により計測された経過時間が所定の判定時間になった場合には、前記燃料改質器による還元性気体の供給を停止することを特徴とする請求項1から8の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記NOx浄化触媒の温度、前記NOx浄化触媒に吸着又は吸蔵されたNOxの推定量、前記内燃機関の回転数、及び前記内燃機関の発生トルクのうち少なくとも1つに基づいて、前記排気空燃比をリッチ化するか否かを判断するリッチ化判断手段をさらに備えることを特徴とする請求項1から9の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排気空燃比をリッチにする際には、前記内燃機関の吸入空気量を低減する吸気量低減手段をさらに備えることを特徴とする請求項1から10の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記NOx浄化触媒の温度、前記NOx浄化触媒に吸着又は吸蔵されたNOxの推定量、リッチ制御継続時間、前記内燃機関の回転数、及び前記内燃機関の発生トルクのうち少なくとも1つに基づいて、前記排気空燃比をリッチ化する際における排気空燃比の目標値を決定する排気空燃比目標値決定手段をさらに備え、
前記リッチ化手段は、前記排気空燃比が前記排気空燃比目標値決定手段により決定された目標値に一致するように、前記排気空燃比をリッチ化することを特徴とする請求項1から11の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記リッチ化手段は、前記排気空燃比が前記排気空燃比目標値決定手段により決定された目標値に一致するように、前記内燃機関の主噴射量、前記内燃機関のポスト噴射量、前記内燃機関の吸入空気量、及び前記燃料改質器から前記排気通路に供給される還元性気体の供給量のうち、少なくとも1つを調整することを特徴とする請求項12に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記燃料改質器は、炭化水素燃料と空気との部分酸化反応により、一酸化炭素を主成分とする還元性気体を製造することを特徴とする請求項1から13の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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