JP2009264283A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
内燃機関の排気ガス浄化装置として、PM(Particulate Matter:粒子状物質)を捕集するフィルターにNOx触媒を担持させてなるNOx触媒付きフィルターが知られている(例えば、特開2006−291833号公報参照)。このようなNOx触媒付きフィルターは、DPNR(Diesel Particulate-NOx Reduction system)とも呼ばれる。このNOx触媒付きフィルターによれば、一つの装置でPMとNOxを同時に浄化することができる。 As an exhaust gas purifying device for an internal combustion engine, there is known a filter with a NOx catalyst in which a NOx catalyst is supported on a filter that collects PM (Particulate Matter) (for example, JP-A-2006-291833). reference). Such a filter with a NOx catalyst is also called a DPNR (Diesel Particulate-NOx Reduction system). According to this filter with a NOx catalyst, PM and NOx can be simultaneously purified with a single device.
NOx触媒付きフィルターに蓄積したPMの量が多くなると、排気ガスが通過しにくくなり、排圧が上昇する。このため、従来、NOx触媒付きフィルターに蓄積したPMを除去するためのPM再生処理を定期的に実行するようにしている。このPM再生処理では、排気系燃料添加等の方法によってNOx触媒付きフィルターの温度を上昇させ、PMを燃焼除去する。しかしながら、この方法では、NOx触媒付きフィルターの温度を上昇させるための燃料が必要であるので、燃費が悪化し易いという問題がある。 When the amount of PM accumulated in the NOx catalyst-attached filter increases, it becomes difficult for exhaust gas to pass through and the exhaust pressure increases. For this reason, conventionally, a PM regeneration process for removing PM accumulated in a filter with a NOx catalyst is periodically executed. In this PM regeneration process, the temperature of the filter with the NOx catalyst is raised by a method such as addition of exhaust system fuel, and PM is burned and removed. However, this method requires a fuel for increasing the temperature of the filter with the NOx catalyst, so that there is a problem that the fuel consumption tends to deteriorate.
また、上記従来の技術には、他の問題として、内燃機関の始動直後や低速走行時など、NOx触媒付きフィルターの温度が低い場合、つまり触媒が十分に活性化しない場合に、NOxを十分に浄化することができないという問題がある。 In addition, in the above conventional technique, as another problem, when the temperature of the filter with the NOx catalyst is low, such as immediately after starting the internal combustion engine or during low speed running, that is, when the catalyst is not sufficiently activated, the NOx is sufficiently reduced. There is a problem that it cannot be purified.
一方、特表2005−538295号公報には、排気ガスに含まれるパティキュレートを、酸化性の助剤としてのオゾンを投与することによって除去する方法が開示されている。 On the other hand, JP 2005-538295 A discloses a method of removing particulates contained in exhaust gas by administering ozone as an oxidizing auxiliary agent.
上記二番目の従来技術によれば、オゾンを用いることにより、排気系燃料添加を行わずに、PMを除去することができる。しかしながら、オゾンを生成するには、電力が必要である。このため、オゾンの使用量が多くなると、やはり燃費の悪化を招来するという問題がある。この点において、未だ改良の余地がある。 According to the second prior art, by using ozone, PM can be removed without adding exhaust system fuel. However, electric power is required to generate ozone. For this reason, there is a problem that when the amount of ozone used is increased, fuel consumption is deteriorated. There is still room for improvement in this regard.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、活性酸素を使用して排気ガス中の有害成分を浄化可能な内燃機関の排気ガス浄化装置において、活性酸素使用量を節減しつつ、優れた浄化性能を得ることができる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can purify harmful components in exhaust gas using active oxygen, while reducing the amount of active oxygen used, It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that can obtain excellent purification performance.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルターに、NOxを浄化する機能を有するNOx触媒が担持されてなるNOx触媒付きフィルターと、
前記NOx触媒付きフィルターの上流側に活性酸素を供給する供給口を有する活性酸素供給装置と、
前記NOx触媒付きフィルターにおける粒子状物質の蓄積度合いを判定する蓄積度合い判定手段と、
前記蓄積度合い判定手段の判定結果に基づいて、前記活性酸素供給装置による活性酸素の供給を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine,
A filter with a NOx catalyst in which a NOx catalyst having a function of purifying NOx is supported on a filter that collects particulate matter contained in exhaust gas of an internal combustion engine;
An active oxygen supply device having a supply port for supplying active oxygen to the upstream side of the filter with NOx catalyst;
Accumulation degree determination means for determining the accumulation degree of particulate matter in the filter with NOx catalyst;
Control means for controlling the supply of active oxygen by the active oxygen supply device based on the determination result of the accumulation degree determination means;
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記NOx触媒付きフィルターに蓄積した粒子状物質を酸化させて除去するための活性酸素量を算出する粒子状物質除去用活性酸素量算出手段と、
NOxを浄化するための活性酸素量を算出するNOx浄化用活性酸素量算出手段と、
前記粒子状物質除去用活性酸素量算出手段により算出された活性酸素量と、前記NOx浄化用活性酸素量算出手段により算出された活性酸素量とに基づいて、前記活性酸素供給装置による活性酸素の供給量を制御する供給量制御手段と、
を備えることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
Particulate matter removal active oxygen amount calculating means for calculating the amount of active oxygen for oxidizing and removing the particulate matter accumulated in the filter with NOx catalyst;
NOx purification active oxygen amount calculating means for calculating the amount of active oxygen for purifying NOx;
Based on the active oxygen amount calculated by the particulate matter removing active oxygen amount calculating means and the active oxygen amount calculated by the NOx purifying active oxygen amount calculating means, the active oxygen supply by the active oxygen supply device is Supply amount control means for controlling the supply amount;
It is characterized by providing.
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記制御手段は、前記粒子状物質の蓄積度合いが所定度合いより小さいと判定された場合には、前記粒子状物質を酸化させて除去するための活性酸素の供給を抑制または停止することを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
The control means suppresses or stops the supply of active oxygen for oxidizing and removing the particulate matter when it is determined that the accumulation degree of the particulate matter is smaller than a predetermined degree. To do.
また、第4の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、
前記供給口または前記NOx触媒付きフィルターの代表温度を取得する代表温度取得手段と、
前記代表温度が所定値を超えている場合に、前記活性酸素供給装置による活性酸素の供給を抑制する供給抑制手段と、
を備えることを特徴とする。
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
Representative temperature acquisition means for acquiring a representative temperature of the supply port or the filter with the NOx catalyst;
Supply suppression means for suppressing supply of active oxygen by the active oxygen supply device when the representative temperature exceeds a predetermined value;
It is characterized by providing.
また、第5の発明は、第1乃至第4の発明の何れかにおいて、
前記活性酸素供給装置は、活性酸素としてオゾンを供給することを特徴とする。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
The active oxygen supply device supplies ozone as active oxygen.
第1の発明によれば、NOx触媒付きフィルターの上流側に活性酸素を供給することができる。これにより、内燃機関の始動直後や低速走行時など、NOx触媒付きフィルターが低温の場合であっても、NOxと粒子状物質(PM)とを同時に低減することができる。この場合、活性酸素によるPMの酸化効率は、NOx触媒付きフィルターにおけるPMの蓄積度合いに応じて異なる。第1の発明によれば、PMの蓄積度合いを判定し、その判定結果に基づいて、活性酸素の供給を制御することができる。このため、第1の発明によれば、PMの酸化効率の高いときに、活性酸素によるPMの酸化を実行することができる。よって、活性酸素を無駄なく有効に利用することができるので、活性酸素の使用量を低減でき、燃費の改善が図れる。 According to the first invention, active oxygen can be supplied to the upstream side of the filter with a NOx catalyst. Thereby, even when the filter with the NOx catalyst is at a low temperature, such as immediately after starting the internal combustion engine or during low-speed running, NOx and particulate matter (PM) can be reduced simultaneously. In this case, the oxidation efficiency of PM by active oxygen differs depending on the degree of PM accumulation in the filter with a NOx catalyst. According to the first invention, it is possible to determine the degree of PM accumulation and control the supply of active oxygen based on the determination result. For this reason, according to 1st invention, when the oxidation efficiency of PM is high, oxidation of PM by active oxygen can be performed. Therefore, since active oxygen can be used effectively without waste, the amount of active oxygen used can be reduced, and fuel consumption can be improved.
第2の発明によれば、NOx触媒付きフィルターに蓄積したPMを酸化させて除去するための活性酸素量と、NOxを浄化するための活性酸素量とをそれぞれ算出し、それらに基づいて、活性酸素の供給量を制御することができる。これにより、活性酸素の供給をより適切に制御することができるので、活性酸素を更に無駄なく有効に利用することができる。また、NOxおよびPMをより確実に低減することもできる。 According to the second invention, the amount of active oxygen for oxidizing and removing the PM accumulated in the filter with NOx catalyst and the amount of active oxygen for purifying NOx are calculated, and based on these, the active oxygen amount is calculated. The supply amount of oxygen can be controlled. Thereby, since supply of active oxygen can be controlled more appropriately, active oxygen can be used more effectively without waste. In addition, NOx and PM can be more reliably reduced.
第3の発明によれば、PMの蓄積度合いが所定度合いより小さいと判定された場合には、PMを酸化させて除去するための活性酸素の供給を抑制または停止する。PMの蓄積度合いが小さい場合には、活性酸素によるPMの酸化効率が低下する。第3の発明によれば、このような場合に、PMの酸化に活性酸素を利用することを回避するので、全体として、活性酸素を更に無駄なく有効に利用することができる。 According to the third invention, when it is determined that the accumulation degree of PM is smaller than the predetermined degree, supply of active oxygen for oxidizing and removing PM is suppressed or stopped. When the degree of PM accumulation is small, the oxidation efficiency of PM by active oxygen decreases. According to the third invention, in such a case, the use of active oxygen for the oxidation of PM is avoided, so that the active oxygen can be effectively used as a whole without further waste.
第4の発明によれば、活性酸素の供給口またはNOx触媒付きフィルターの温度が高い場合に、活性酸素の供給を抑制することができる。活性酸素の供給口やNOx触媒付きフィルターの温度が高い場合には、添加した活性酸素が分解し易いので、活性酸素添加による効果が得にくい。また、そのような場合には、活性酸素を添加しなくても、NOxやPMをNOx触媒付きフィルターで十分に低減することができるので、活性酸素を添加する必要性も小さい。第4の発明によれば、このような場合に活性酸素の供給を抑制することにより、無駄な活性酸素の供給を回避することができるので、活性酸素の使用量を更に節減することができる。 According to the fourth aspect of the invention, when the temperature of the active oxygen supply port or the filter with the NOx catalyst is high, the supply of active oxygen can be suppressed. When the temperature of the active oxygen supply port or the filter with the NOx catalyst is high, the added active oxygen is easily decomposed, so that the effect of adding active oxygen is difficult to obtain. In such a case, NOx and PM can be sufficiently reduced by a filter with a NOx catalyst without adding active oxygen, so that the necessity for adding active oxygen is small. According to the fourth invention, by suppressing the supply of active oxygen in such a case, it is possible to avoid unnecessary supply of active oxygen, so that the amount of active oxygen used can be further reduced.
第5の発明によれば、活性酸素としてオゾンを用いることにより、上記効果をより顕著に発揮させることができる。 According to 5th invention, the said effect can be exhibited more notably by using ozone as active oxygen.
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関10を備えている。本実施形態において、内燃機関10は、4つの気筒13を備えた4気筒型の圧縮着火式内燃機関(ディーゼルエンジン)である。本実施形態の内燃機関10は、ターボチャージャ19を備えている。ターボチャージャ19のコンプレッサにより圧縮された吸入空気は、吸気マニホールド11を介して各気筒13に流入する。各気筒13には、それぞれ、筒内に直接に燃料を噴射する燃料インジェクタ14が設けられている。各燃料インジェクタ14には、コモンレール18に蓄えられた高圧の燃料が供給される。図示しない燃料タンク内の燃料は、サプライポンプ17により加圧され、コモンレール18に供給される。各気筒13から排出される排気ガスは、排気マニホールド12で合流し、ターボチャージャ19のタービンに流入する。タービンを通過した排気ガスは、排気通路15を流れる。
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system of the present embodiment includes an
排気通路15には、NOx触媒付きフィルター21が設置されている。このNOx触媒付きフィルター21は、排気ガスに含まれる粒子状物質(Particulate Matter)を捕集する機能を有するフィルターに、NOx触媒を担持させたものである。このNOx触媒付きフィルター21によれば、粒子状物質(以下「PM」と言う)とNOx(窒素酸化物)とを同時に低減することができる。NOx触媒付きフィルター21は、DPNR(Diesel Particulate-NOx Reduction system)とも称される。
A
本実施形態のNOx触媒付きフィルター21は、ウォールフロータイプのものである。すなわち、このNOx触媒付きフィルター21は、例えばコージェライト等の多孔質セラミックからなるハニカム構造体で構成されたフィルターを有している。このハニカム構造体では、上流端が封止されたセルと下流端が封止されたセルとが交互に配列されている。排気ガスは、まず、下流端が封止されたセルに流入する。そして、それらのセルの壁に形成された多数の微細孔を通過して、隣接したセル(つまり上流端が封止されたセル)に移動した後、NOx触媒付きフィルター21の下流へ出てゆく。このようなNOx触媒付きフィルター21では、排気ガスが各セルの壁を透過する際に、上記微細孔にPMが捕集される。
The NOx catalyst-attached
本実施形態のNOx触媒付きフィルター21は、上記のようなフィルターに、吸蔵還元型のNOx触媒(NSR: NOx Storage Reduction)を担持させたものである。すなわち、NOx触媒付きフィルター21は、例えば、アルミナ(Al2O3)の表面に、白金Pt等の貴金属と、NOx吸蔵材とが配置された触媒成分を有している。NOx吸蔵材としては、例えば、カリウムK、ナトリウムNa,リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれる少なくとも一つを用いることができる。本実施形態のNOx触媒付きフィルター21では、図2に示すように、貴金属としてPtが、NOx吸蔵材としてBaが、それぞれ用いられている。なお、本明細書において、「吸蔵」という用語には、「保持」、「吸着」、「吸収」等に類似するすべての概念が含まれるものとする。
The NOx catalyst-attached
NOx触媒付きフィルター21の上流側には、オゾン供給ノズル22が設置されている。オゾン供給ノズル22には、複数のオゾン供給口23が設けられている。オゾン供給ノズル22には、オゾン供給通路24を介して、オゾン発生器25が接続されている。図示の構成では、オゾン供給ノズル22は、NOx触媒付きフィルター21を収容するケーシング26の内部であって、NOx触媒付きフィルター21の前方側(上流側)に配置されている。本実施形態では、上述したオゾン発生器25、オゾン供給通路24およびオゾン供給ノズル22により、オゾン供給装置27が構成されている。
An
オゾン発生器25としては、高電圧を印加可能な放電管内に、原料となる乾燥した空気または酸素を流しつつオゾンを発生させる形態や、他の任意の形式のものを用いることができる。ここで原料となる乾燥した空気または酸素は、排気通路15外から取り込まれる気体、例えば外気に含まれる気体である。
As the
上述したようなオゾン供給装置27によれば、オゾン発生器25によってオゾン(O3)を生成させ、このオゾンをオゾン供給ノズル22のオゾン供給口23から噴射することができる。これにより、NOx触媒付きフィルター21の上流側において、排気ガス中にオゾンを添加することができる。
According to the
排気通路15には、オゾン供給ノズル22の近傍に温度センサ28が設置されている。この温度センサ28によれば、オゾン供給口23付近の温度を検出することができる。更に、排気通路15には、NOx触媒付きフィルター21の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧ΔPを検出する差圧センサ30が設置されている。触媒付きフィルター21のPMの蓄積量が増加するほど、触媒付きフィルター21の圧力損失が増大するので、差圧ΔPが大きくなる。つまり、PMの蓄積量と差圧ΔPとは、相関する。よって、差圧ΔPに基づいて、PMの蓄積量(蓄積度合い)を判定することができる。
A
本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)50を更に備えている。ECU50には、前述した燃料インジェクタ14、オゾン発生器25、温度センサ28、差圧センサ30のほか、クランク角センサ46、エアフローメータ47、アクセルポジションセンサ48等の、内燃機関10を制御するための各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。
The system of the present embodiment further includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. The
NOx触媒付きフィルター21の吸蔵材は、硝酸塩(本実施形態ではBa(NO3)2)を形成することにより、NOxを吸収する。吸蔵材は、NOxのうち、NO2,NO3あるいはN2O5を良好に吸収することができる。一方、排気ガス中に元々含まれるNOxの多くは、NO(一酸化窒素)である。NOは、そのままでは、吸蔵材に吸収させることができない。そこで、NOx触媒付きフィルター21では、貴金属(本実施形態では白金Pt)が触媒となることにより、排気ガス中のNOと酸素O2とが反応してNO2が生成され、このNO2を吸蔵材に吸収させるようにしている。
The storage material of the NOx catalyst-attached
しかしながら、貴金属触媒の活性は、ある温度以上(例えば200℃以上)にならないと発現しない。よって、NOx触媒付きフィルター21の温度がその温度より低い場合には、NOが貴金属触媒によってNO2に酸化されないため、NOxを吸蔵することができない。また、貴金属触媒が十分に活性化するには、より高い温度(例えば300℃程度)が必要となる。このため、NOx触媒付きフィルター21の温度がその温度より低い場合には、NOxを十分に吸蔵することができない。
However, the activity of the noble metal catalyst does not appear unless the temperature is higher than a certain temperature (for example, 200 ° C. or higher). Therefore, when the temperature of the
そこで、本実施形態では、NOx触媒付きフィルター21の温度が低いときにNOxが大気中に放出されることを抑制するため、オゾン供給装置27によりオゾンを供給し、オゾンを排気ガス中に添加することとした。オゾンは、強い酸化力を有している。このため、NOxとオゾンとは、室温程度の低温から、気相中で反応することができる。
Therefore, in the present embodiment, ozone is supplied by the
図2は、オゾンとNOとが反応して吸蔵材に吸収される様子を示す図である。オゾンが供給されると、排気ガス中のNOは、オゾンと反応することにより、NO2,NO3あるいはN2O5へ転換される。吸蔵材Baは、室温程度の低温から、NO2,NO3あるいはN2O5を十分に吸収して、硝酸塩を形成することができる。よって、オゾンを供給することにより、NOx触媒付きフィルター21の低温時であっても、NOxを吸蔵材に吸収させることができる。このため、本実施形態によれば、内燃機関10の始動直後や低速走行時など、NOx触媒付きフィルター21の温度が低い場合であっても、大気中へのNOxの放出を十分に抑制することができる。
FIG. 2 is a diagram showing how ozone and NO react and are absorbed by the storage material. When ozone is supplied, NO in the exhaust gas is converted to NO 2 , NO 3, or N 2 O 5 by reacting with ozone. The occlusion material Ba can sufficiently absorb NO 2 , NO 3 or N 2 O 5 from a low temperature of about room temperature to form nitrate. Therefore, by supplying ozone, the NOx can be absorbed by the storage material even when the
また、本実施形態では、NOx触媒付きフィルター21に蓄積したPMを酸化(燃焼)させて除去する際にも、オゾン供給装置27によりオゾンを供給し、そのオゾンとPMとを反応させることとしている。強い酸化力を有するオゾンによれば、NOx触媒付きフィルター21を高温にすることなく、PMを確実に酸化させて除去することができる。
In the present embodiment, when the PM accumulated in the NOx catalyst-attached
しかしながら、本発明者らの知見によれば、NOx触媒付きフィルター21のPM蓄積量が少ないときには、オゾンを供給した場合のPMの酸化効率(燃焼効率)が低くなり易い。この原因は、次のようなものであると考えられる。PM蓄積量が少ないと、NOx触媒付きフィルター21の各セルの壁を排気ガスが透過する際の抵抗が小さいので、排気ガスが各セルの壁を透過するのに要する時間が短くなる。このため、排気ガス中に添加されたオゾンと、各セルの壁の中に蓄積したPMとの接触時間が短くなる。その結果、オゾンがPMと反応する時間が十分に取れなくなり、PMの酸化効率が低下するものと考えられる。PMの酸化効率が低下すると、PMを除去する際に、より多くのオゾンを供給しなければならなくなる。そうすると、オゾンの使用量が増加するので、オゾンの生成に消費される電力が増大し、燃費の悪化を招く。
However, according to the knowledge of the present inventors, when the amount of PM accumulated in the NOx catalyst-attached
そこで、本実施形態では、PMの蓄積量が少ない場合、つまりNOx触媒付きフィルター21の上流と下流との差圧ΔPが所定の判定値より小さい場合には、PMを酸化させるためのオゾンの供給を停止することとした。これにより、PMの酸化効率の低下を防止することができ、PMの除去に使用されるオゾン量を低減することができる。
Therefore, in the present embodiment, when the accumulated amount of PM is small, that is, when the differential pressure ΔP between the upstream and downstream of the NOx catalyst-equipped
また、本実施形態では、オゾン供給口23付近の温度が、オゾンが熱分解し易くなるような高温(本実施形態では、300℃以上とする)になっている場合には、オゾンの供給を停止することとした。このような場合には、オゾンを添加しても、その多くは熱分解してしまうので、NOxの吸収やPMの酸化を促進する効果は得にくい。また、オゾン供給口23付近の温度がそのような高温にある場合には、NOx触媒付きフィルター21の温度も、貴金属触媒が十分に活性化するような温度以上になっていると判断できる。よって、オゾンを添加しなくても、NOxを吸蔵材に十分に吸収させることができる。また、PMについても、NOx吸蔵反応に伴って発生する活性酸素や排気ガス中に含まれるO2によって、連続的に酸化されることが期待できる。このようなことから、オゾン供給口23付近の温度が高温である場合には、オゾンを添加する必要性も小さい。本実施形態では、このような場合にオゾンの供給を停止することにより、オゾンの使用量を低減することができ、燃費の改善が図れる。
Further, in this embodiment, when the temperature near the
[実施の形態1における具体的処理]
図3は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。図3に示すルーチンによれば、まず、温度センサ28によって検出されるオゾン供給口23付近の温度が、300℃未満であるか否かが判別される(ステップ100)。
[Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 3 is a flowchart of a routine executed by the
上記ステップ100で、オゾン供給口23付近の温度が300℃未満であると判定された場合には、次に、NOxを浄化(吸収)するために必要なオゾンの量が算出される(ステップ102)。本実施形態において、ECU50には、エンジン回転数、エンジン負荷、NOx触媒付きフィルター21の温度等の各条件と、NOxを浄化するために必要なオゾン量との関係を予め調べて作成されたマップが記憶されている。このステップ102では、そのマップに基づいて、NOxを浄化するためのオゾン量が算出される。
If it is determined in
続いて、差圧センサ30で検出される差圧ΔPが、所定の判定値α未満であるか否かが判別される(ステップ104)。このステップ104で、差圧ΔPが判定値α以上であった場合には、NOx触媒付きフィルター21のPM蓄積量は多いので、PMをオゾンによって酸化させる際の効率は高くなると判断できる。そこで、この場合には、PMを酸化させるために必要なオゾン量が、差圧ΔP等の値に基づいて算出される(ステップ106)。
Subsequently, it is determined whether or not the differential pressure ΔP detected by the differential pressure sensor 30 is less than a predetermined determination value α (step 104). If the differential pressure ΔP is greater than or equal to the determination value α in
これに対し、上記ステップ104で、差圧ΔPが判定値α未満であった場合には、NOx触媒付きフィルター21のPM蓄積量は少ないので、PMをオゾンによって酸化させる際の効率は低くなると判断できる。この場合には、PMを酸化させるためのオゾン量が算出されず、初期値ゼロのままとされる。
On the other hand, when the differential pressure ΔP is less than the determination value α in
上記ステップ104または106の処理に続いて、オゾン供給装置27を駆動することにより、排気ガス中へのオゾン添加が実行される(ステップ108)。このステップ108では、上記ステップ106でPMを酸化させるために必要なオゾン量が算出されている場合には、その量のオゾンと、上記ステップ102で算出されたNOxを浄化するために必要な量のオゾンとの合計がオゾン供給口23から供給されるように、オゾン供給装置27が制御される。一方、PMを酸化させるためのオゾン量が算出されていない場合(つまり初期値ゼロのままである場合)には、上記ステップ102で算出されたNOxを浄化するために必要な量のオゾンのみがオゾン供給口23から供給されるように、オゾン供給装置27が制御される。
Following the processing in
一方、上記ステップ100で、オゾン供給口23付近の温度が300℃以上であると判定された場合には、オゾン供給装置27によるオゾンの供給は停止される。この場合には、NOx触媒付きフィルター21の温度が十分に高いと判断できるので、オゾンを供給しなくても、NOxやPMを十分に浄化することができる。このため、オゾンの供給を停止することにより、消費電力を低減し、燃費の改善が図れる。
On the other hand, if it is determined in
なお、本発明では、上記ステップ100のオゾン供給停止の判断は、オゾン供給口23付近の温度ではなく、NOx触媒付きフィルター21の温度(床温)に基づいて行うようにしてもよい。また、オゾン供給口23付近の温度やNOx触媒付きフィルター21の温度を取得する方法としては、温度センサによって直接に検出する方法に限らず、エンジン回転数、エンジン負荷、排気温度等に基づいて推定する方法を用いてもよい。また、上記ステップ110では、オゾンの供給を完全に停止するのではなく、オゾンの供給を抑制する(供給量を低下させる)だけにしてもよい。
In the present invention, the determination of the ozone supply stop in the
以上説明した図3に示すルーチンの処理によれば、内燃機関10の始動直後や低速走行時など、NOx触媒付きフィルター21の温度が低い場合であっても、排気ガス中にオゾンを添加することにより、NOxとPMとを同時に低減することができる。
According to the routine processing shown in FIG. 3 described above, ozone is added to the exhaust gas even when the temperature of the
また、図3に示すルーチンの処理によれば、NOx触媒付きフィルター21のPM蓄積量が多いと判定された場合には、NOxを浄化するために必要な量のオゾンと、PMを酸化させるために必要な量のオゾンとの合計が、オゾン供給口23から供給される。オゾンとNOxとは、気相で反応する。よって、この場合、オゾン供給口23から供給されたオゾンは、まずNOxと反応する。この反応により、NOxを浄化するために必要な量のオゾンが消費され、PMを酸化させるために必要な量のオゾンは残る。この残ったオゾンが、NOx触媒付きフィルター21の各セルの壁を透過する際に、蓄積したPMと反応する。よって、PMを酸化させて除去することができる。
Further, according to the routine processing shown in FIG. 3, when it is determined that the amount of PM accumulated in the NOx catalyst-attached
PM蓄積量が多い場合には、前述したように、オゾンによるPMの酸化効率が高くなるので、比較的少量のオゾンによってPMを効率良く酸化させることができる。このため、オゾンの使用量を節減することができ、燃費の悪化を確実に抑制することができる。 When the amount of accumulated PM is large, as described above, the oxidation efficiency of PM by ozone increases, so that PM can be efficiently oxidized by a relatively small amount of ozone. For this reason, the usage-amount of ozone can be saved and the deterioration of a fuel consumption can be suppressed reliably.
一方、NOx触媒付きフィルター21のPM蓄積量が少ないと判定された場合には、NOxを浄化するために必要な量のオゾンのみがオゾン供給口23から供給される。この場合には、オゾン供給口23から供給されたオゾンのほぼ全部は、気相でのNOxとの反応によって消費される。このため、NOx触媒付きフィルター21に蓄積したPMは、酸化されずに残る。
On the other hand, when it is determined that the amount of PM accumulated in the NOx catalyst-attached
PM蓄積量が少ない場合には、前述したように、オゾンによるPMの酸化効率が低くなる。よって、オゾンを無駄なく有効に利用するためには、このような場合にPMの酸化にオゾンを使用しないことが望ましい。本実施形態によれば、上述したように、オゾンによるPMの酸化効率が低い場合に、PMの酸化にオゾンが消費されることを防止することができる。このため、オゾンを無駄なく有効に利用することができ、全体としてオゾンの使用量を少なくすることができるので、燃費の悪化を確実に抑制することができる。 When the amount of accumulated PM is small, as described above, the oxidation efficiency of PM by ozone is lowered. Therefore, in order to effectively use ozone without waste, it is desirable not to use ozone for oxidation of PM in such a case. According to this embodiment, as described above, when the oxidation efficiency of PM by ozone is low, it is possible to prevent consumption of ozone for the oxidation of PM. For this reason, ozone can be used effectively without waste, and since the amount of ozone used can be reduced as a whole, deterioration of fuel consumption can be reliably suppressed.
なお、本実施形態では、PM蓄積量が少ないと判定された場合に、PMを酸化させるためのオゾンを供給しないようにしているが、本発明では、その供給を抑制する(供給量を少なくする)だけにしてもよい。 In the present embodiment, when it is determined that the amount of accumulated PM is small, ozone for oxidizing the PM is not supplied. However, in the present invention, the supply is suppressed (the supply amount is reduced). ).
また、本実施形態では、内燃機関10が圧縮着火式であるものとして説明したが、本発明は、火花点火式の内燃機関にも適用可能である。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、NOx触媒付きフィルター21のPMの蓄積度合いを差圧センサ30の出力によって判定するようにしているが、本発明では、この判定方法はこれに限定されるものではない。例えば、内燃機関10からのPM排出量マップを用意しておき、そのマップに基づいて算出されるPM排出量を積算することによってPMの蓄積度合いを判定するようにしても良い。
In this embodiment, the PM accumulation degree of the NOx catalyst-attached
また、本実施形態のオゾン供給装置27では、オゾン発生器25により生成されたオゾンをそのまま排気通路15内に供給するように構成されているが、本発明では、オゾンを予め生成、貯留しておき、その貯留されたオゾンを必要時に排気通路15内に供給するようにしてもよい。
Further, the
また、本実施形態では、活性酸素としてオゾンを排気ガス中に添加しているが、本発明では、オゾンに代えて、他の種類の活性酸素(例えば、O-,O2-,O2 -,O3 -,On -等で表される酸素マイナスイオン)を排気ガス中に添加するようにしてもよい。 In the present embodiment, ozone is added to the exhaust gas as active oxygen. However, in the present invention, other types of active oxygen (for example, O − , O 2− , O 2 −) are used instead of ozone. , O 3 − , O n −, etc.) may be added to the exhaust gas.
また、本実施形態では、NOx触媒付きフィルター21に担持されたNOx触媒が吸蔵還元型NOx触媒であるものとして説明したが、本発明では、NOx触媒付きフィルター21は、選択還元型のNOx触媒(SCR: Selective Catalytic Reduction)を担持したものであってもよい。選択還元型NOx触媒の触媒成分としては、例えば、ゼオライトの表面にFeを担持したものなどを好ましく用いることができる。選択還元型NOx触媒の場合には、尿素等の還元剤が好ましく使用される。選択還元型NOx触媒においては、NOの量とNO2の量との比が1:1である場合に、最良の浄化率が得られる。そこで、選択還元型NOx触媒の場合には、その内部のNOの量とNO2の量との比が1:1となるように、活性酸素供給量を制御することが好ましい。
In the present embodiment, the NOx catalyst supported on the NOx catalyst-attached
上述した実施の形態1においては、オゾン供給装置27が前記第1の発明における「活性酸素供給装置」に、温度センサ28が前記第4の発明における「代表温度取得手段」に、それぞれ相当している。また、ECU50が、上記ステップ104の処理を実行することにより前記第1の発明における「蓄積度合い判定手段」が、上記ステップ106および108の処理を実行することにより前記第1の発明における「制御手段」が、上記ステップ106の処理を実行することにより前記第2の発明における「粒子状物質除去用活性酸素量算出手段」が、上記ステップ102の処理を実行することにより前記第2の発明における「NOx浄化用活性酸素量算出手段」が、上記ステップ108の処理を実行することにより前記第2の発明における「供給量制御手段」が、上記ステップ100および110の処理を実行することにより前記第4の発明における「供給抑制手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the
10 内燃機関
11 吸気マニホールド
12 排気マニホールド
13 気筒
14 燃料インジェクタ
15 排気通路
17 サプライポンプ
18 コモンレール
19 ターボチャージャ
21 NOx触媒付きフィルター
22 オゾン供給ノズル
23 オゾン供給口
24 オゾン供給通路
25 オゾン発生器
26 ケーシング
27 オゾン供給装置
28 温度センサ
30 差圧センサ
50 ECU
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記NOx触媒付きフィルターの上流側に活性酸素を供給する供給口を有する活性酸素供給装置と、
前記NOx触媒付きフィルターにおける粒子状物質の蓄積度合いを判定する蓄積度合い判定手段と、
前記蓄積度合い判定手段の判定結果に基づいて、前記活性酸素供給装置による活性酸素の供給を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。 A filter with a NOx catalyst in which a NOx catalyst having a function of purifying NOx is supported on a filter that collects particulate matter contained in exhaust gas of an internal combustion engine;
An active oxygen supply device having a supply port for supplying active oxygen to the upstream side of the filter with NOx catalyst;
Accumulation degree determination means for determining the accumulation degree of particulate matter in the filter with NOx catalyst;
Control means for controlling the supply of active oxygen by the active oxygen supply device based on the determination result of the accumulation degree determination means;
An exhaust gas purifying device for an internal combustion engine, comprising:
NOxを浄化するための活性酸素量を算出するNOx浄化用活性酸素量算出手段と、
前記粒子状物質除去用活性酸素量算出手段により算出された活性酸素量と、前記NOx浄化用活性酸素量算出手段により算出された活性酸素量とに基づいて、前記活性酸素供給装置による活性酸素の供給量を制御する供給量制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。 Particulate matter removal active oxygen amount calculating means for calculating the amount of active oxygen for oxidizing and removing the particulate matter accumulated in the filter with NOx catalyst;
NOx purification active oxygen amount calculating means for calculating the amount of active oxygen for purifying NOx;
Based on the active oxygen amount calculated by the particulate matter removing active oxygen amount calculating means and the active oxygen amount calculated by the NOx purifying active oxygen amount calculating means, the active oxygen supply by the active oxygen supply device is Supply amount control means for controlling the supply amount;
The exhaust gas purifying device for an internal combustion engine according to claim 1, comprising:
前記代表温度が所定値を超えている場合に、前記活性酸素供給装置による活性酸素の供給を抑制する供給抑制手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。 Representative temperature acquisition means for acquiring a representative temperature of the supply port or the filter with NOx catalyst;
Supply suppression means for suppressing supply of active oxygen by the active oxygen supply device when the representative temperature exceeds a predetermined value;
The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008115923A JP2009264283A (en) | 2008-04-25 | 2008-04-25 | Exhaust emission control device for internal combustion engine |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013011193A (en) * | 2011-06-28 | 2013-01-17 | Hino Motors Ltd | Exhaust gas purification device |
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2008
- 2008-04-25 JP JP2008115923A patent/JP2009264283A/en active Pending
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