JP2010265754A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents

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Atsushi Furukawa
敦史 古川
Norihiko Suzuki
紀彦 鈴木
Takeshi Mori
武史 森
Chiaki Seki
千晶 関
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device capable of regenerating a filter at low temperature in a short period of time as compared to former devices in exhaust emission control device including a filter capturing particulate matter in exhaust gas. <P>SOLUTION: This device includes an accumulation state determination part 42 determining based on parameters indicating a state of exhaust gas of an engine 1 whether PM captured by and accumulated on DPF 32 are in close contact with a purification catalyst, and a regeneration control part 43 controlling execution of regeneration process. The regeneration control part 43 permits execution of the regeneration process when the accumulation state determination part 42 determines that PM captured by and accumulated on the DPF 32 are in close contact with the purification catalyst. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。詳しくは、内燃機関から排出される排気中の粒子状物質を捕捉するフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine. More specifically, the present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with a filter that captures particulate matter in exhaust gas discharged from the internal combustion engine.

自動車などに搭載される内燃機関、特に圧縮着火式内燃機関においては、排出される排気中に多量の粒子状物質(Particulate Matter)が含まれる。この粒子状物質は人体に有害であり、またエミッション規制対象物質である。このため、粒子状物質を除去するためのフィルタが、上記内燃機関の排気通路に設けられているのが一般的である。   In an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, in particular, a compression ignition type internal combustion engine, a large amount of particulate matter (Particulate Matter) is contained in exhaust gas discharged. This particulate matter is harmful to the human body and is subject to emissions regulations. For this reason, a filter for removing particulate matter is generally provided in the exhaust passage of the internal combustion engine.

上記フィルタとしては、DPF(Diesel Particulate Filter)や、DPFに酸化触媒を担持させたCSF(Catalyzed Soot Filter)が用いられている。これらのフィルタでは、粒子状物質が堆積するとフィルタの上流側と下流側との間で差圧が生じ、出力の低下や燃費の悪化を招く。このため、粒子状物質がある程度堆積した段階で、堆積した粒子状物質を燃焼除去する再生処理を実行する必要がある。これにより、フィルタの継続使用が可能となる。   As the filter, a DPF (Diesel Particulate Filter) or a CSF (Catalyzed Soot Filter) in which an oxidation catalyst is supported on the DPF is used. In these filters, when particulate matter accumulates, a differential pressure is generated between the upstream side and the downstream side of the filter, leading to a reduction in output and fuel consumption. For this reason, it is necessary to execute a regeneration process for burning and removing the accumulated particulate matter when the particulate matter has accumulated to some extent. As a result, the filter can be used continuously.

ところで、粒子状物質の燃焼には、550℃〜650℃の高温が必要であるとされており、上記CSFのように触媒を用いた場合であっても、粒子状物質を低温で効率良く燃焼できていないのが現状である。これは、粒子状物質と触媒との反応が固体−固体反応であり、触媒との接触状態が良好でない粒子状物質の燃焼反応が進行し難いためである。   By the way, it is said that combustion of particulate matter requires a high temperature of 550 ° C. to 650 ° C. Even when a catalyst is used as in the above CSF, particulate matter is efficiently burned at a low temperature. The current situation is not done. This is because the reaction between the particulate matter and the catalyst is a solid-solid reaction, and the combustion reaction of the particulate matter that is not in good contact with the catalyst is difficult to proceed.

例えば、CSFに捕集される粒子状物質の量と燃焼除去される粒子状物質の量とを、内燃機関の運転状態から推定するとともに、その推定結果に基づいて粒子状物質の堆積量を推定し、推定された堆積量が所定の堆積量を超えたときに再生処理を実行する連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置が開示されている(特許文献1参照)。
この特許文献1に開示された発明によれば、粒子状物質の堆積状態を監視することにより、フィルタの目詰まりを確実に防止でき、効率良く粒子状物質を除去できるとされている。
For example, the amount of particulate matter collected by the CSF and the amount of particulate matter burned and removed are estimated from the operating state of the internal combustion engine, and the amount of particulate matter deposited is estimated based on the estimation result A continuous regeneration type diesel particulate filter device is disclosed that performs regeneration processing when the estimated accumulation amount exceeds a predetermined accumulation amount (see Patent Document 1).
According to the invention disclosed in Patent Document 1, it is said that by monitoring the accumulation state of the particulate matter, clogging of the filter can be surely prevented and the particulate matter can be efficiently removed.

また、排気中に含まれるNOからNOを生成させるNO生成触媒を有するフィルタを備え、NO生成触媒により生成されたNOとの接触反応により、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去する排気浄化方法が開示されている(特許文献2参照)。
この特許文献2に開示された発明では、NOと粒子状物質との固体−気体反応が利用されるため、NO生成触媒と粒子状物質との接触状態によらず、フィルタに堆積した粒子状物質を比較的低温下で効率良く燃焼除去できるとされている。
Further, a filter having a NO 2 synthesizing catalyst to produce NO 2 from NO in the exhaust, by contact reaction with NO 2 generated by the NO 2 generating catalyst, burning and removing particulate matter deposited on the filter An exhaust purification method is disclosed (see Patent Document 2).
In the invention disclosed in Patent Document 2, since a solid-gas reaction between NO 2 and particulate matter is used, the particles deposited on the filter are independent of the contact state between the NO 2 generation catalyst and the particulate matter. It is said that the particulate matter can be efficiently removed by combustion at a relatively low temperature.

特許3951619号Japanese Patent No. 3951619 特許3012249号Patent No. 3012249

しかしながら、特許文献1では、多量に捕集した粒子状物質の燃焼熱によってフィルタが溶損するのを回避すべく、捕集可能な粒子状物質の量が制限されている。このため、再生処理の頻度が増加し、燃費が悪化する。
また、上述したように、粒子状物質と触媒との反応が固体−固体反応であるにも関わらず、粒子状物質と触媒との接触状態を考慮せずに再生処理を実行するため、低温下での燃焼除去が困難であり、再生処理に長時間を要する。また、高温下で再生処理を実行する必要があるため、システムが複雑化し、コストの増加にも繋がる。
However, in Patent Document 1, the amount of particulate matter that can be collected is limited in order to prevent the filter from being melted by the heat of combustion of the particulate matter collected in a large amount. For this reason, the frequency of the regeneration process increases, and the fuel consumption deteriorates.
In addition, as described above, since the reaction between the particulate matter and the catalyst is a solid-solid reaction, the regeneration process is performed without considering the contact state between the particulate matter and the catalyst. Is difficult to remove by combustion, and the regeneration process takes a long time. In addition, since it is necessary to perform the regeneration process at a high temperature, the system becomes complicated and leads to an increase in cost.

一方、上述したように特許文献2では、粒子状物質とNOとの固体−気体反応が利用されるため、比較的低温下で粒子状物質を燃焼させることができるものの、その燃焼速度は低く、再生処理に長時間を要する。 On the other hand, as described above, in Patent Document 2, since the solid-gas reaction between the particulate matter and NO 2 is used, the particulate matter can be burned at a relatively low temperature, but the burning rate is low. The reproduction process takes a long time.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気中の粒子状物質を捕捉するフィルタを備えた排気浄化装置において、従来に比してより低温且つ短時間でフィルタを再生可能な排気浄化装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to regenerate the filter at a lower temperature and in a shorter time than in the past in an exhaust gas purification apparatus equipped with a filter that traps particulate matter in the exhaust gas. The object is to provide a possible exhaust purification device.

上記目的を達成するため請求項1記載の発明は、内燃機関(1)の排気通路に設けられ、当該内燃機関の排気中の粒子状物質を捕捉するとともに、捕捉した粒子状物質を浄化するための浄化触媒を有するフィルタ(32)を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタに流入する排気の温度を昇温させることにより、当該フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質を燃焼除去する再生処理を実行する再生手段(9,21,31,40,41)と、前記フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質が前記浄化触媒と密に接触しているか否かを、前記内燃機関の排気の状態を示すパラメータに基づいて判定する堆積状態判定手段(22,40,42)と、前記再生処理の実行を制御する再生制御手段(40,43)と、を備え、前記再生制御手段は、前記堆積状態判定手段により、前記フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質が前記浄化触媒と密に接触していると判定された場合に、前記再生処理の実行を許可することを特徴とする。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine (1) for capturing particulate matter in exhaust gas of the internal combustion engine and purifying the captured particulate matter. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine including the filter (32) having the purification catalyst, the particulate matter trapped and deposited by the filter is burned and removed by raising the temperature of the exhaust gas flowing into the filter. The regenerating means (9, 21, 31, 40, 41) for executing the regenerating process and whether the particulate matter trapped and deposited by the filter is in close contact with the purification catalyst are determined by the internal combustion engine. A deposition state determination unit (22, 40, 42) for determining based on a parameter indicating an exhaust state; and a regeneration control unit (40, 43) for controlling execution of the regeneration process. The control means permits the execution of the regeneration process when it is determined by the accumulation state determination means that the particulate matter trapped and deposited by the filter is in close contact with the purification catalyst. Features.

上述したように、従来では、粒子状物質と浄化触媒との接触状態を考慮せずに再生処理を実行していた。このため、粒子状物質が浄化触媒と良好な接触性を確保できる量をはるかに超えた量の粒子状物質を燃焼させていたため、高温且つ長時間の再生処理が必要であった。
これに対して、請求項1記載の発明では、フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質が、当該フィルタに担持されている浄化触媒と密に接触していると判定された場合に、再生処理の実行を許可する。これにより、フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質のうち、浄化触媒と密に接触している粒子状物質のみを燃焼させることができる。従って、本発明によれば、浄化触媒が本来有する浄化性能を十分に発揮させることができ、従来に比して、より低温且つ短時間で粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生できる。ひいては、再生処理に伴うエネルギーロスを低減でき、燃費の悪化を抑制できる。
As described above, conventionally, the regeneration process has been executed without considering the contact state between the particulate matter and the purification catalyst. For this reason, since the particulate matter burned an amount of particulate matter far exceeding the amount that can ensure good contact with the purification catalyst, a high temperature and long time regeneration treatment was required.
In contrast, in the first aspect of the invention, when it is determined that the particulate matter trapped and deposited by the filter is in intimate contact with the purification catalyst carried by the filter, the regeneration process is performed. Allow execution. Thereby, only the particulate matter in close contact with the purification catalyst among the particulate matter trapped and deposited by the filter can be burned. Therefore, according to the present invention, the purification performance inherent to the purification catalyst can be sufficiently exerted, and the filter can be regenerated by burning the particulate matter at a lower temperature and in a shorter time than conventional. As a result, the energy loss accompanying a regeneration process can be reduced and the deterioration of fuel consumption can be suppressed.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気の状態を示すパラメータは、前記フィルタの上流側と下流側との間の差圧、及び当該差圧が生じた時間の累積時間であることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, the parameter indicating the exhaust state of the internal combustion engine includes a differential pressure between the upstream side and the downstream side of the filter, and It is a cumulative time of the time when the differential pressure occurs.

請求項2記載の発明では、フィルタの上流側と下流側との間の差圧、及び当該差圧が生じた時間の累積時間に基づいて、フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質が浄化触媒と密に接触しているか否かを判定する。
後述するように、フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質と浄化触媒との接触状態は、フィルタの上流側と下流側との間の差圧と、この差圧が生じた時間の累積時間とによって決定される。このため、本発明によれば、フィルタに生じた差圧と、この差圧が生じた時間の累積時間とに基づいて粒子状物質の堆積状態を判定するため、粒子状物質が浄化触媒と密に接触しているか否かを正確に判定できる。従って、浄化触媒と密に接触している粒子状物質のみを確実に燃焼させることができ、請求項1記載の発明の効果がより高く発揮される。
According to the second aspect of the present invention, the particulate matter trapped and deposited on the filter based on the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the filter and the accumulated time of the time when the differential pressure is generated is purified catalyst. It is determined whether it is in close contact with.
As will be described later, the contact state between the particulate matter trapped and deposited by the filter and the purification catalyst is determined by the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the filter, and the accumulated time of the time when this differential pressure occurs. Determined by. Therefore, according to the present invention, since the particulate matter accumulation state is determined on the basis of the differential pressure generated in the filter and the accumulated time of the time when the differential pressure is generated, the particulate matter is in close contact with the purification catalyst. It is possible to accurately determine whether or not it is touching. Therefore, it is possible to reliably burn only the particulate matter that is in close contact with the purification catalyst, and the effect of the invention of claim 1 is exhibited to a higher degree.

請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記堆積状態判定手段により、前記フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質が前記浄化触媒と密に接触していると判定された場合に、粒子状物質の堆積量が、前記フィルタの細孔内に堆積し得る最大堆積量に達しているか否かを判定する堆積量判定手段(40,44)をさらに備え、前記再生制御手段は、前記堆積量判定手段により、前記フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質の堆積量が前記最大堆積量に達していると判定されたときに、前記再生処理の実行を許可することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first or second aspect, the particulate matter trapped and deposited by the filter is in close contact with the purification catalyst by the accumulation state determining means. A deposit amount judging means (40, 44) for judging whether or not the deposit amount of the particulate matter has reached the maximum deposit amount that can be deposited in the pores of the filter when it is judged that And the regeneration control means executes the regeneration process when it is determined by the accumulation amount determination means that the accumulation amount of the particulate matter trapped and deposited by the filter has reached the maximum accumulation amount. It is characterized by permitting.

請求項3記載の発明では、フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質が浄化触媒と密に接触していると判定された場合であって、粒子状物質の堆積量が、フィルタの細孔内に堆積し得る最大堆積量に達していると判定されたときに、再生処理の実行を許可する。
これは、粒子状物質が浄化触媒と密に接触できるのは、粒子状物質がフィルタの細孔内に捕捉されて堆積した場合であることに基づく。即ち、フィルタの表面に堆積した粒子状物質は、フィルタの細孔内に堆積した粒子状物質とは異なり、浄化触媒に密に接触することができない。このため、粒子状物質の堆積量が、フィルタの細孔内に堆積し得る最大堆積量に達した後は、フィルタの表面に粒子状物質が堆積していくだけであり、浄化触媒と密に接触できる粒子状物質の量は飽和に達しているため、再生処理を実行するのである。従って、本発明によれば、飽和量に達した、浄化触媒と密に接触している粒子状物質のみを燃焼させることができるため、再生処理の頻度をより低減でき、燃費の悪化をより抑制できる。
According to the third aspect of the present invention, it is determined that the particulate matter trapped and deposited by the filter is in intimate contact with the purification catalyst, and the amount of particulate matter deposited is within the pores of the filter. When it is determined that the maximum deposition amount that can be deposited is reached, the execution of the regeneration process is permitted.
This is based on the fact that the particulate matter can come into close contact with the purification catalyst when the particulate matter is trapped and deposited in the pores of the filter. That is, the particulate matter deposited on the surface of the filter cannot be in close contact with the purification catalyst, unlike the particulate matter deposited in the pores of the filter. For this reason, after the amount of particulate matter deposited reaches the maximum amount that can be deposited in the pores of the filter, the particulate matter only accumulates on the surface of the filter and is in close contact with the purification catalyst. Since the amount of particulate matter that can be reached has reached saturation, the regeneration process is performed. Therefore, according to the present invention, only the particulate matter that has reached the saturation amount and is in close contact with the purification catalyst can be burned, so that the frequency of the regeneration process can be further reduced and the deterioration of fuel consumption can be further suppressed. it can.

請求項4記載の発明は、請求項3記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記再生制御手段は、前記浄化触媒と密に接触している粒子状物質を燃焼除去するのに必要な時間が経過したときに、前記再生処理の実行を禁止することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the third aspect, the regeneration control means takes a time required for burning and removing the particulate matter in close contact with the purification catalyst. When the time has elapsed, execution of the reproduction process is prohibited.

請求項4記載の発明では、フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質が浄化触媒と密に接触し、且つ粒子状物質の堆積量がフィルタの細孔内に堆積し得る最大堆積量に達していると判定されて再生処理を実行した場合において、浄化触媒と密に接触している粒子状物質を燃焼除去するのに必要な時間が経過したときに、再生処理の実行を禁止する。
これにより、浄化触媒と密に接触している粒子状物質が燃焼除去されたところで再生処理の実行を中止することができる。従って、本発明によれば、再生処理に伴うエネルギーロスをさらに低減でき、燃費の悪化をさらに抑制できる。
ここで、本発明における「浄化触媒と密に接触している粒子状物質を燃焼除去するのに必要な時間」は、所定の実験を行うことにより、予め算出される。具体的には、再生温度に応じた粒子状物質の燃焼速度と、フィルタの細孔内に堆積し得る粒子状物質の最大堆積量とから算出される。浄化触媒と密に接触している粒子状物質は、フィルタの細孔内でしか生じないからである。
In the fourth aspect of the present invention, the particulate matter trapped and deposited by the filter is in intimate contact with the purification catalyst, and the amount of particulate matter deposited reaches the maximum deposition amount that can be deposited in the pores of the filter. When it is determined that the particulate matter is in contact with the purifying catalyst and the regeneration process is executed, the regeneration process is prohibited when the time necessary for burning and removing the particulate matter has passed.
Thereby, the execution of the regeneration process can be stopped when the particulate matter in close contact with the purification catalyst is burned and removed. Therefore, according to the present invention, the energy loss associated with the regeneration process can be further reduced, and the deterioration of fuel consumption can be further suppressed.
Here, the “time necessary for burning and removing the particulate matter in close contact with the purification catalyst” in the present invention is calculated in advance by conducting a predetermined experiment. Specifically, it is calculated from the burning rate of the particulate matter according to the regeneration temperature and the maximum amount of particulate matter that can be deposited in the pores of the filter. This is because the particulate matter in intimate contact with the purification catalyst is generated only in the pores of the filter.

請求項5記載の発明は、請求項1から4いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記再生手段は、主噴射量の増量、前記フィルタの上流側に酸化触媒を設けたうえでのポスト噴射の実行、又はヒータによる加熱により、前記フィルタに流入する排気の温度を昇温させて前記再生処理を実行することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to fourth aspects, the regeneration means is configured to increase the main injection amount and provide an oxidation catalyst upstream of the filter. The regeneration process is performed by increasing the temperature of the exhaust gas flowing into the filter by performing post injection or heating by a heater.

請求項5記載の発明では、主噴射量を増量してフィルタに流入する排気の温度を昇温させることにより、再生処理を実行する。あるいは、ポスト噴射を実行して排気中に燃料成分を含有させ、フィルタの上流側に設けた酸化触媒で燃料成分を酸化反応させることにより、発生する熱を利用して再生処理を実行する。あるいは、ヒータを利用してフィルタを加熱することにより、再生処理を実行する。従って、本発明によれば、これらの再生処理により、浄化触媒と密に接触している粒子状物質を確実に燃焼除去でき、請求項1から4いずれか記載の発明の効果が確実に発揮される。   In the fifth aspect of the invention, the regeneration process is executed by increasing the temperature of the exhaust gas flowing into the filter by increasing the main injection amount. Alternatively, post-injection is performed to contain the fuel component in the exhaust, and the fuel component is oxidized by an oxidation catalyst provided on the upstream side of the filter, so that the regeneration process is performed using the generated heat. Alternatively, the regeneration process is executed by heating the filter using a heater. Therefore, according to the present invention, the particulate matter that is in intimate contact with the purification catalyst can be surely burned and removed by these regeneration treatments, and the effect of the invention according to any one of claims 1 to 4 can be reliably exhibited. The

請求項6記載の発明は、請求項1から5いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記浄化触媒は、酸素放出能を有する複合酸化物に、Ag及びPdを担持してなることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to fifth aspects, the purification catalyst comprises Ag and Pd supported on a complex oxide having an oxygen releasing ability. Features.

請求項6記載の発明では、酸素放出能を有する複合酸化物に、Ag及びPdを担持してなる浄化触媒を用いる。Agは低温下で優れたPM燃焼性能を有し、酸素放出能を有する複合酸化物やPdを併用することによって、低温下でより優れたPM浄化性能が得られる。   In the invention described in claim 6, a purification catalyst is used in which Ag and Pd are supported on a complex oxide having oxygen releasing ability. Ag has excellent PM combustion performance at low temperatures, and by using a composite oxide having oxygen releasing ability and Pd in combination, better PM purification performance can be obtained at low temperatures.

請求項7記載の発明は、請求項1から6いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタは、排気中のNOからNOを生成させるNO生成触媒をさらに有することを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to sixth aspects, wherein the filter further includes a NO 2 generation catalyst that generates NO 2 from NO in the exhaust gas. To do.

請求項7記載の発明では、浄化触媒に加えて、NO生成触媒を有するフィルタを用いる。NO生成触媒の作用により排気中のNOから生成されるNOは、優れたPM酸化性能を有する。このため、浄化触媒とNO生成触媒との相乗効果によって、低温下で非常に優れたPM浄化性能が得られる。 In the invention described in claim 7, in addition to the purification catalyst, a filter having a NO 2 production catalyst is used. NO 2 generated from NO in the exhaust by the action of NO 2 generation catalysts have superior PM oxidation performance. Therefore, by the synergistic effect of the purification catalyst and NO 2 generation catalysts, excellent PM purification performance at low temperatures is obtained.

請求項8記載の発明は、請求項7記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記NO生成触媒は、高比表面積担体に、Pt、Pd、及びRhからなる群より選択される少なくとも1種を担持してなることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, wherein the NO 2 generation catalyst is at least one selected from the group consisting of Pt, Pd, and Rh as a high specific surface area carrier. It is characterized by being carried.

請求項8記載の発明では、高比表面積担体に、Pt、Pd、及びRhからなる群より選択される少なくとも1種を担持してなるNO生成触媒を用いる。これら貴金属元素は、NO生成能に優れることから、請求項7記載の発明の効果がより高く発揮される。 In the invention according to claim 8, the NO 2 generation catalyst formed by supporting at least one selected from the group consisting of Pt, Pd, and Rh on the high specific surface area support is used. Since these noble metal elements are excellent in NO 2 generation ability, the effect of the invention of claim 7 is exhibited more highly.

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図である。It is a figure showing composition of an exhaust-air-purification device of an internal-combustion engine concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態で用いられるDPFの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of DPF used by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る再生制御の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the reproduction | regeneration control which concerns on one Embodiment of this invention. タイトコンタクトPMの模式図である。It is a schematic diagram of tight contact PM. ルーズコンタクトPMの模式図であるIt is a schematic diagram of loose contact PM. タイトコンタクト領域を示す図である。It is a figure which shows a tight contact area | region. 差圧ΔPと堆積PM量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between differential pressure | voltage (DELTA) P and accumulation PM amount. Ag系浄化触媒のTG−DTAチャートである。It is a TG-DTA chart of an Ag type purification catalyst. 再生温度と再生時間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between reproduction | regeneration temperature and reproduction | regeneration time.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図である。内燃機関(以下、エンジン)1は、各気筒7の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒7には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット(以下、ECU)40により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間および閉弁時間は、ECU40により制御される。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. An internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) 1 is a diesel engine that directly injects fuel into a combustion chamber of each cylinder 7, and each cylinder 7 is provided with a fuel injection valve (not shown). These fuel injection valves are electrically connected by an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 40, and the valve opening time and valve closing time of the fuel injection valve are controlled by the ECU 40.

エンジン1には、吸気が流通する吸気管2と、排気が流通する排気管4と、排気の一部を吸気に還流するEGR通路6と、吸気管2に吸気を圧送する過給機8と、が設けられている。   The engine 1 includes an intake pipe 2 through which intake air flows, an exhaust pipe 4 through which exhaust flows, an EGR passage 6 that recirculates part of the exhaust to the intake air, and a supercharger 8 that pumps intake air into the intake pipe 2. , Is provided.

吸気管2は、吸気マニホールド3の複数の分岐部を介してエンジン1の各気筒7の吸気ポートに接続されている。排気管4は、排気マニホールド5の複数の分岐部を介してエンジン1の各気筒7の排気ポートに接続されている。   The intake pipe 2 is connected to the intake port of each cylinder 7 of the engine 1 through a plurality of branch portions of the intake manifold 3. The exhaust pipe 4 is connected to the exhaust port of each cylinder 7 of the engine 1 through a plurality of branch portions of the exhaust manifold 5.

過給機8は、排気管4に設けられたタービン81と、吸気管2に設けられたコンプレッサ82と、を備える。タービン81は、排気管4を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサ82は、タービン81の回転により駆動され、吸気を加圧し吸気管2内へ圧送する。また、タービン81は、図示しない複数の可変ベーンを備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービンの回転速度を変更できるように構成されている。ベーン開度は、ECU40により電磁的に制御される。   The supercharger 8 includes a turbine 81 provided in the exhaust pipe 4 and a compressor 82 provided in the intake pipe 2. The turbine 81 is driven by the kinetic energy of the exhaust flowing through the exhaust pipe 4. The compressor 82 is driven by the rotation of the turbine 81 to pressurize the intake air and pump it into the intake pipe 2. The turbine 81 includes a plurality of variable vanes (not shown), and is configured to change the rotational speed of the turbine by changing the opening of the variable vanes. The vane opening degree is electromagnetically controlled by the ECU 40.

吸気管2のうち過給機8の上流側には、エンジン1の吸入空気量を制御するスロットル弁9が設けられている。このスロットル弁9は、アクチュエータを介してECU40に接続されており、その開度はECU40により電磁的に制御される。スロットル弁9により制御された吸入空気量は、エアフローメータ21により検出される。   A throttle valve 9 for controlling the intake air amount of the engine 1 is provided on the upstream side of the supercharger 8 in the intake pipe 2. The throttle valve 9 is connected to the ECU 40 via an actuator, and the opening degree is electromagnetically controlled by the ECU 40. The intake air amount controlled by the throttle valve 9 is detected by the air flow meter 21.

EGR通路6は、排気マニホールド5と吸気マニホールド3とを接続し、タービン81の上流の排気の一部を、吸気管2のうちコンプレッサ82の下流に還流する。EGR通路6には、還流する排気の流量を制御するEGR弁11が設けられている。EGR弁11は、図示しないアクチュエータを介してECU40に接続されており、その弁開度はECU40により電磁的に制御される。   The EGR passage 6 connects the exhaust manifold 5 and the intake manifold 3 to return a part of the exhaust upstream of the turbine 81 to the downstream of the compressor 82 in the intake pipe 2. The EGR passage 6 is provided with an EGR valve 11 that controls the flow rate of the recirculated exhaust gas. The EGR valve 11 is connected to the ECU 40 via an actuator (not shown), and the valve opening degree is electromagnetically controlled by the ECU 40.

また、排気管4のうちタービン81の下流には、酸化触媒31とDPF32とが、上流側からこの順で設けられている。   Further, an oxidation catalyst 31 and a DPF 32 are provided in this order from the upstream side in the exhaust pipe 4 downstream of the turbine 81.

酸化触媒31は、後述するポスト噴射によって排気中に導入される燃料成分を酸化させ、発生する熱で排気を昇温する。この酸化触媒31としては、例えば、触媒として作用する白金(Pt)を、アルミナ(Al)担体に担持させたものに、HCの吸着作用に優れたゼオライトと、HCの水蒸気改質作用に優れたロジウム(Rh)を加えて構成されたものが用いられる。 The oxidation catalyst 31 oxidizes a fuel component introduced into the exhaust gas by post injection, which will be described later, and raises the temperature of the exhaust gas with generated heat. As this oxidation catalyst 31, for example, platinum (Pt) acting as a catalyst is supported on an alumina (Al 2 O 3 ) support, zeolite having an excellent HC adsorption action, and steam reforming action of HC. In addition, a material constituted by adding rhodium (Rh) excellent in the above is used.

DPF32は、排気がフィルタの細孔を通過する際に、粒子状物質(Particulate Matter、以下「PM」という)をフィルタの表面及びフィルタの細孔内に堆積させることによって捕集する。例えば、炭化珪素(SiC)などのセラミックス多孔体からなるハニカム構造体を利用したウォールフロー型DPFが使用される。ウォールフロー型DPFは、下流側が目封止された排気流入路と、排気流入路に隣接し上流側が目封止された排気流出路と、排気流入路と排気流出路とを区画するフィルタ壁と、から構成される。
なお、DPF32では、PMが捕集されていくにつれて排気管4の圧損が増大するため、捕集したPMを燃焼させる後述の再生処理が実行される。
When the exhaust gas passes through the pores of the filter, the DPF 32 collects particulate matter (Particulate Matter, hereinafter referred to as “PM”) by depositing it on the surface of the filter and in the pores of the filter. For example, a wall flow type DPF using a honeycomb structure made of a ceramic porous body such as silicon carbide (SiC) is used. The wall flow type DPF includes an exhaust inflow passage sealed on the downstream side, an exhaust outflow passage adjacent to the exhaust inflow passage and plugged on the upstream side, and a filter wall that partitions the exhaust inflow passage and the exhaust outflow passage. Is composed of.
Note that, in the DPF 32, the pressure loss of the exhaust pipe 4 increases as PM is collected, so that a regeneration process to be described later for burning the collected PM is executed.

DPF32には、フィルタに捕捉されて堆積したPMを浄化するための浄化触媒が担持されている。浄化触媒としては、堆積したPMを燃焼させるPM燃焼触媒が用いられる。
具体的には、浄化触媒として、酸素放出能を有する複合酸化物に、Ag及びPdを担持してなるPM燃焼触媒が好ましく用いられる。
酸素放出能を有する複合酸化物としては、ペロブスカイト型、スピネル型、ルチル型、デラフォサイト型、マグネトプランバイト型、イルメナイト型、及びフルオライト型からなる群より選択される少なくとも1種の結晶構造を備える複合酸化物が好ましく用いられる。これらの結晶構造を備える複合酸化物のうち、Al、Si、Ti、Ce、及びZrからなる群より選択される少なくとも1種の元素を主要構成元素とする複合酸化物が好ましく用いられる。
また、上記複合酸化物に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属、及び貴金属からなる群より選択される少なくとも1種の元素を添加したものがより好ましく用いられる。これらの元素を複合酸化物に添加することにより、構成元素の価数が変化して酸素の吸収及び放出が可能となる。
The DPF 32 carries a purification catalyst for purifying the PM trapped and deposited by the filter. As the purification catalyst, a PM combustion catalyst for burning the deposited PM is used.
Specifically, a PM combustion catalyst in which Ag and Pd are supported on a complex oxide having oxygen releasing ability is preferably used as the purification catalyst.
The complex oxide having oxygen releasing ability includes at least one crystal structure selected from the group consisting of perovskite type, spinel type, rutile type, delafossite type, magnetoplumbite type, ilmenite type, and fluorite type. A composite oxide comprising is preferably used. Of these complex oxides having a crystal structure, a complex oxide containing at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Ce, and Zr as a main constituent element is preferably used.
In addition, a composite oxide obtained by adding at least one element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, rare earths, transition metals, and noble metals is more preferably used. By adding these elements to the composite oxide, the valence of the constituent elements changes and oxygen can be absorbed and released.

上記浄化触媒の調製方法及び担持方法については特に限定されず、例えば、従来公知のウォッシュコート法を採用することができる。具体的には、上記浄化触媒を構成する材料を含むスラリーを調製し、このスラリー中に上記ハニカム構造体を所定時間、浸漬させる。所定時間経過後、ハニカム構造体を引き上げて余分なスラリーを除去して乾燥させることにより、浄化触媒をハニカム構造体に担持させることができる。   The method for preparing and supporting the purification catalyst is not particularly limited, and for example, a conventionally known wash coat method can be employed. Specifically, a slurry containing the material constituting the purification catalyst is prepared, and the honeycomb structure is immersed in the slurry for a predetermined time. After a predetermined time has passed, the purification structure can be supported on the honeycomb structure by lifting the honeycomb structure to remove excess slurry and drying it.

また、DPF32には、上記浄化触媒に加えて、排気中に含まれるNOからNOを生成させるNO生成触媒が担持されていることが好ましい。
NO生成触媒としては、高比表面積担体に、Pt、Pd、及びRhからなる群より選択される少なくとも1種を担持してなるNO生成触媒が好ましく用いられる。
高比表面積担体としては特に限定されず、従来公知の酸化物や複合酸化物が用いられる。
In addition to the purification catalyst, the DPF 32 preferably supports a NO 2 generation catalyst that generates NO 2 from NO contained in the exhaust gas.
The NO 2 synthesizing catalyst, the high specific surface area support, Pt, Pd, and NO 2 generation catalyst comprising carrying at least one member selected from the group consisting of Rh is preferably used.
The high specific surface area carrier is not particularly limited, and conventionally known oxides and composite oxides are used.

また、本実施形態では、図2に示すような、DPF32を構成するフィルタ壁33上に形成された浄化触媒層34と、この浄化触媒層34上に形成されたNO生成触媒層35とを有する2層構造体が好ましく用いられる。
この2層構造のDPF32は、ウォッシュコート法により、フィルタ壁33上に浄化触媒層34、NO生成触媒層35を順次形成することにより得られる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a purification catalyst layer 34 formed on the filter wall 33 constituting the DPF 32 and a NO 2 generation catalyst layer 35 formed on the purification catalyst layer 34 are provided. A two-layer structure having the same is preferably used.
The two-layer DPF 32 is obtained by sequentially forming the purification catalyst layer 34 and the NO 2 generation catalyst layer 35 on the filter wall 33 by the wash coat method.

図1に戻って、DPF32の上流側及び下流側の排気管4には、圧力導入管23を介して接続された差圧センサ22が設けられている。この差圧センサ22により、DPF32の上流側圧力と下流側圧力との差圧が検出される。差圧センサ22は、後述のECU40に接続されており、その検出信号がECU40に供給される。   Returning to FIG. 1, a differential pressure sensor 22 connected via a pressure introduction pipe 23 is provided in the exhaust pipe 4 upstream and downstream of the DPF 32. The differential pressure sensor 22 detects a differential pressure between the upstream pressure and the downstream pressure of the DPF 32. The differential pressure sensor 22 is connected to an ECU 40 described later, and a detection signal thereof is supplied to the ECU 40.

ECU40は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット(以下、CPUという)とを備える。この他、ECU40は、CPUで実行される各種演算プログラムおよび演算結果などを記憶する記憶回路と、スロットル弁9、エンジン1の燃料噴射弁、及びDPF32を加熱するためのヒータ(図示せず)などに制御信号を出力する出力回路と、を備える。   The ECU 40 shapes an input signal waveform from various sensors, corrects a voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and a central processing unit (hereinafter, referred to as a central processing unit). CPU). In addition, the ECU 40 includes a storage circuit that stores various calculation programs executed by the CPU, calculation results, and the like, a throttle valve 9, a fuel injection valve of the engine 1, a heater (not shown) for heating the DPF 32, and the like. And an output circuit for outputting a control signal.

以上のようなハードウェア構成により、ECU40には、再生部41、堆積状態判定部42、再生制御部43、及び堆積量判定部44の各モジュールが構成される。
再生部41は、DPF32に流入する排気の温度を昇温させることにより、DPF32に捕捉されて堆積したPMを燃焼除去する再生処理を実行する。
堆積状態判定部42は、DPF32に捕捉されて堆積したPMが、浄化触媒と密に接触しているか否かを、エンジン1の排気の状態を示すパラメータに基づいて判定する。
堆積量判定部44は、堆積状態判定部42により、DPF32に捕捉されて堆積したPMが、上記浄化触媒と密に接触していると判定された場合に、PMの堆積量が、DPF32の細孔内に堆積し得る最大堆積量に達しているか否かを判定する。
再生制御部43は、堆積状態判定部42により、DPF32に堆積したPMが浄化触媒と密に接触していると判定された場合において、堆積量判定部44によりDPF32に捕捉されて堆積したPMの堆積量が、DPF32の細孔内に堆積し得る最大堆積量に達していると判定されたときに、再生処理の実行を許可する。
With the hardware configuration described above, the ECU 40 includes modules of a regeneration unit 41, a deposition state determination unit 42, a regeneration control unit 43, and a deposition amount determination unit 44.
The regeneration unit 41 increases the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF 32, thereby executing a regeneration process for burning and removing the PM trapped and accumulated in the DPF 32.
The accumulation state determination unit 42 determines whether PM trapped and accumulated in the DPF 32 is in close contact with the purification catalyst based on a parameter indicating the exhaust state of the engine 1.
When the accumulation state determination unit 42 determines that the PM trapped and accumulated in the DPF 32 is in close contact with the purification catalyst, the accumulation amount determination unit 44 determines that the PM accumulation amount is smaller than that of the DPF 32. It is determined whether or not the maximum deposition amount that can be deposited in the hole has been reached.
When the accumulation state determination unit 42 determines that the PM deposited on the DPF 32 is in close contact with the purification catalyst, the regeneration control unit 43 captures the PM accumulated by being captured by the DPF 32 by the accumulation amount determination unit 44. When it is determined that the deposition amount has reached the maximum deposition amount that can be deposited in the pores of the DPF 32, execution of the regeneration process is permitted.

図3は、本実施形態の再生制御の手順を示すフローチャートである。この再生制御は、上述のECU40により繰り返し実行される。   FIG. 3 is a flowchart showing a playback control procedure according to this embodiment. This regeneration control is repeatedly executed by the ECU 40 described above.

ステップS11では、先ず、DPF32の上流側圧力と下流側圧力との差圧ΔPを、差圧センサ22により検出する。次いで、差圧ΔPの検出値から、平均差圧ΔPAveを算出する。
また、差圧ΔPが生じた時間の累積時間Tpを計測する。計測後、ステップS12に移る。
In step S <b> 11, first, a differential pressure ΔP between the upstream pressure and the downstream pressure of the DPF 32 is detected by the differential pressure sensor 22. Next, an average differential pressure ΔPave is calculated from the detected value of the differential pressure ΔP.
Further, the accumulated time Tp of the time when the differential pressure ΔP occurs is measured. After the measurement, the process proceeds to step S12.

ステップS12では、ステップS11で算出した平均差圧ΔPAveと、ステップS11で計測した差圧ΔPが生じた時間の累積時間Tpに基づいて、DPF32に堆積したPMが浄化触媒と密に接触している(以下、「タイトコンタクト」という)か否かを判定する。
具体的には、後述するタイトコンタクト領域判定マップを参照することにより、DPF32に堆積したPMがタイトコンタクト化しているか否かを判定する。この判定がYESの場合にはステップS13に移り、NOの場合には再びステップS11に戻ることとなる。
In step S12, the PM accumulated in the DPF 32 is in intimate contact with the purification catalyst based on the average differential pressure ΔPave calculated in step S11 and the accumulated time Tp of the time when the differential pressure ΔP measured in step S11 occurs. (Hereinafter referred to as “tight contact”).
Specifically, it is determined by referring to a tight contact region determination map, which will be described later, whether or not the PM deposited on the DPF 32 has become a tight contact. If this determination is YES, the process proceeds to step S13, and if NO, the process returns to step S11 again.

ここで、タイトコンタクトPMと、浄化触媒と密に接触していない(以下、「ルーズコンタクト」という)PMについて説明する。
図4は、タイトコンタクトPMを模式的に示した図である。また、図5は、ルーズコンタクトPMを模式的に示した図である。図4に示されるように、タイトコンタクトPMは、DPF32に担持された浄化触媒(図4に示す例では、CeZrOにAg及びPdを担持してなるPM燃焼触媒)と密に接触しているため、燃焼反応がスムーズに進行する結果、低温且つ短時間で燃焼除去される。一方、図5に示されるように、ルーズコンタクトPMでは、浄化触媒との間に隙間が形成されているため、燃焼反応がスムーズに進行せず、燃焼には高温且つ長時間を必要とする。図5に示すようなルーズコンタクトPMは、再生処理によりタイトコンタクトPMを燃焼除去した直後などに見られる。
本発明は、このタイトコンタクトPMとルーズコンタクトPMの特性の違いに着目してなされたものであり、本発明では、タイトコンタクトPMのみを燃焼させることにより、低温且つ短時間での再生処理を可能としている。
Here, the tight contact PM and the PM not in close contact with the purification catalyst (hereinafter referred to as “loose contact”) will be described.
FIG. 4 is a diagram schematically showing the tight contact PM. FIG. 5 is a diagram schematically showing the loose contact PM. As shown in FIG. 4, the tight contact PM is in intimate contact with the purification catalyst supported on the DPF 32 (in the example shown in FIG. 4, the PM combustion catalyst in which Ag and Pd are supported on CeZrO 2 ). Therefore, the combustion reaction proceeds smoothly, so that the combustion is removed at a low temperature in a short time. On the other hand, as shown in FIG. 5, in the loose contact PM, since a gap is formed between the purification catalyst and the combustion catalyst, the combustion reaction does not proceed smoothly, and combustion requires a high temperature and a long time. The loose contact PM as shown in FIG. 5 is seen immediately after the tight contact PM is burned and removed by the regeneration process.
The present invention has been made paying attention to the difference in characteristics between the tight contact PM and the loose contact PM. In the present invention, only the tight contact PM is burned, so that the regeneration process can be performed at a low temperature in a short time. It is said.

次に、タイトコンタクト領域判定マップについて説明する。
図6は、Agを含有する浄化触媒を担持したDPF32の平均差圧ΔPAveと、差圧ΔPが生じた時間の累積時間(以下、「PM圧縮時間」という)Tpとによって決定されるタイトコンタクト領域の判定マップである。この判定マップは、所定の差圧になるまでDPF32にPMを堆積させ、Nガスを用いて所定時間PMを圧縮した後、Airガスに切り替えたときを試験開始時として試験開始から30秒間で燃焼したPMからPM燃焼速度を算出し、算出されたPM燃焼速度が飽和燃焼速度となった結果を基に作成されたものである。この判定マップは、上記実験により予め作成され、ECU40に格納されている。
図6に示す通り、DPF32に堆積したPMと浄化触媒との接触性が飽和に達する条件は、DPF32の平均差圧ΔPAveと、PM圧縮時間Tpとによって決定される。図6の曲線の右上の領域が、PMがタイトコンタクト化するための平均差圧ΔPAve及びPM圧縮時間Tpの条件である。図6に示すように、DPF32の平均差圧ΔPAveが大きく、PM圧縮時間Tpが長いほど、DPF32に堆積したPMはタイトコンタクト化する。
ここで、「PMがタイトコンタクト化する」とは、PMと浄化触媒との接触性が飽和に達することを意味する。
Next, the tight contact region determination map will be described.
FIG. 6 shows a tight contact region determined by an average differential pressure ΔPave of DPF 32 supporting a purification catalyst containing Ag and an accumulated time (hereinafter referred to as “PM compression time”) Tp when the differential pressure ΔP occurs. This is a determination map. This judgment map shows that when PM is deposited on the DPF 32 until a predetermined differential pressure is reached, the PM is compressed for a predetermined time using N 2 gas and then switched to the Air gas, the test is started for 30 seconds from the start of the test. The PM combustion speed is calculated from the burned PM, and is created based on the result of the calculated PM combustion speed becoming the saturation combustion speed. This determination map is created in advance by the above experiment and stored in the ECU 40.
As shown in FIG. 6, the condition for the saturation of the PM deposited on the DPF 32 and the purification catalyst to reach saturation is determined by the average differential pressure ΔPAve of the DPF 32 and the PM compression time Tp. The upper right region of the curve in FIG. 6 is the condition of the average differential pressure ΔPave and the PM compression time Tp for making PM tight contact. As shown in FIG. 6, as the average differential pressure ΔPAve of the DPF 32 is larger and the PM compression time Tp is longer, the PM deposited on the DPF 32 becomes tight contact.
Here, “PM becomes tight contact” means that the contact property between PM and the purification catalyst reaches saturation.

図3に戻って、ステップS13では、DPF32に堆積した堆積PM量Wが、DPF32の細孔内に堆積し得る最大堆積量Wpに達しているか否かを判定する。この判定がNOの場合には再びステップS11に戻ることとなる。また、YESの場合には、ステップS14に移って、再生処理が実行されることとなる。
これは、タイトコンタクトPMの燃焼は、DPF32の細孔内でのみ起こることを本発明者らが見出したことに基づく。即ち、DPF32の表面に堆積したPMは、細孔内に堆積したPMとは異なり、浄化触媒に密に接触することができない。このため、堆積PM量Wが、DPF32の細孔内に堆積し得る最大堆積量Wpに達した後は、DPF32の表面にPMが堆積していくこととなるため、再生処理を実行するのである。
Returning to FIG. 3, in step S <b> 13, it is determined whether or not the accumulated PM amount W accumulated in the DPF 32 has reached the maximum accumulated amount Wp that can be accumulated in the pores of the DPF 32. If this determination is NO, the process returns to step S11 again. In the case of YES, the process proceeds to step S14 and the reproduction process is executed.
This is based on the finding of the inventors that combustion of the tight contact PM occurs only in the pores of the DPF 32. That is, the PM deposited on the surface of the DPF 32 cannot contact the purification catalyst closely unlike the PM deposited in the pores. For this reason, after the deposited PM amount W reaches the maximum deposit amount Wp that can be deposited in the pores of the DPF 32, PM is deposited on the surface of the DPF 32, so the regeneration process is executed. .

ここで、DPF32に堆積した堆積PM量Wは、差圧センサ22により検出されたDPF32の差圧ΔPに基づいて、図7に示すマップを参照することにより算出される。図7に示すマップは、Agを含有する浄化触媒を用いたときのDPF32の差圧ΔPと堆積PM量との関係を示しており、予め所定の実験により作成され、ECU40に格納されている。
また、DPF32の細孔内に堆積し得る最大堆積量Wpは、予め所定の実験により算出され、ECU40に格納されている。具体的には、図7の曲線において、差圧ΔPの上昇が緩やかとなるPにおける堆積PM量である。即ち、図7の曲線のPまではDPF32の差圧ΔPが急激に上昇しているが、これは、DPF32の細孔内にPMが捕捉されて堆積し、僅かな堆積PM量で圧損が大きく上昇するためである。従って、図7の曲線のPにおける堆積PM量が、DPF32の細孔内に堆積し得る最大堆積量Wpである。
Here, the accumulated PM amount W accumulated in the DPF 32 is calculated by referring to the map shown in FIG. 7 based on the differential pressure ΔP of the DPF 32 detected by the differential pressure sensor 22. The map shown in FIG. 7 shows the relationship between the differential pressure ΔP of the DPF 32 and the amount of accumulated PM when a purification catalyst containing Ag is used. The map is created in advance by a predetermined experiment and stored in the ECU 40.
Further, the maximum deposition amount Wp that can be deposited in the pores of the DPF 32 is calculated in advance by a predetermined experiment and stored in the ECU 40. Specifically, it is the amount of accumulated PM at P where the increase in the differential pressure ΔP becomes gradual in the curve of FIG. That is, the differential pressure ΔP of the DPF 32 increases rapidly up to P in the curve of FIG. 7, but this is because PM is trapped and deposited in the pores of the DPF 32, and the pressure loss increases greatly with a small amount of accumulated PM. It is to rise. Therefore, the amount of deposited PM at P in the curve of FIG. 7 is the maximum amount of deposition Wp that can be deposited in the pores of the DPF 32.

ステップS14では、DPF32に流入する排気の温度を昇温させることにより、DPF32に捕捉されて堆積したPMを燃焼除去する再生処理を実行する。再生処理の実行を開始した後、ステップS15に移る。
具体的には、スロットル弁9、エンジン1の燃料噴射弁、又はDPF32を加熱するためのヒータに制御信号を出力することにより、吸入空気量の減量、主噴射量の増量、ポスト噴射の実行、又はヒータによる加熱を行い、DPF32に流入する排気の温度を昇温させて再生処理を実行する。
In step S <b> 14, a regeneration process is performed in which the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF 32 is raised to burn and remove the PM trapped and accumulated in the DPF 32. After starting the reproduction process, the process proceeds to step S15.
Specifically, by outputting a control signal to the throttle valve 9, the fuel injection valve of the engine 1, or a heater for heating the DPF 32, the intake air amount is reduced, the main injection amount is increased, the post injection is performed, Alternatively, the regeneration process is executed by heating with a heater to raise the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF 32.

本実施形態の再生処理では、浄化触媒が本来有する浄化性能を十分に発揮でき、タイトコンタクトPMを高い燃焼速度で燃焼できる温度まで昇温させることが好ましい。
以下、具体例を挙げて説明する。
CeZrOに対してAgを30質量%、Pdを1質量%担持させた浄化触媒のTG−DTAチャートを図8に示す。図8は、PM粉末を触媒粉末に対して5質量%となるように乳鉢で混合してタイトコンタクト化させた後、Airを流して20℃/分の条件で昇温させたときのTG−DTAチャートである。
図8に示すように、温度T1でPMの燃焼が開始され、温度T2で燃焼速度が劇的に高くなり、温度T3で燃焼速度がピークに達する。従って、本実施形態の再生処理では、PMの燃焼開始温度であるT1以上の所定温度まで上昇させることが好ましい。また、PMの燃焼速度が劇的に高くなり始めるT2以上の所定温度まで上昇させることがより好ましく、PMの燃焼ピーク温度T3以上の所定温度まで上昇させることがさらに好ましい。
In the regeneration treatment of the present embodiment, it is preferable to raise the temperature to a temperature at which the purification performance inherent in the purification catalyst can be sufficiently exhibited and the tight contact PM can be burned at a high combustion rate.
Hereinafter, a specific example will be described.
FIG. 8 shows a TG-DTA chart of a purification catalyst in which 30 mass% of Ag and 1 mass% of Pd are supported on CeZrO 2 . FIG. 8 shows TG− when PM powder is mixed in a mortar so as to be 5% by mass with respect to the catalyst powder to make tight contact, and then air is flowed to raise the temperature at 20 ° C./min. It is a DTA chart.
As shown in FIG. 8, the combustion of PM is started at the temperature T1, the combustion speed is dramatically increased at the temperature T2, and the combustion speed reaches a peak at the temperature T3. Therefore, in the regeneration process of the present embodiment, it is preferable to increase the temperature to a predetermined temperature equal to or higher than T1, which is the PM combustion start temperature. Further, it is more preferable to increase the temperature to a predetermined temperature equal to or higher than T2 at which the PM combustion rate starts to increase dramatically, and further preferable to increase to a predetermined temperature equal to or higher than the PM combustion peak temperature T3.

ステップS15では、タイトコンタクトPMを燃焼除去するのに必要な時間が経過した後、再生処理の実行を禁止する。
タイトコンタクトPMを燃焼除去するのに必要な時間は、予め所定の実験により算出され、ECU40に格納されている。具体的には、タイトコンタクトPMを燃焼除去するのに必要な時間は、再生温度に応じたPMの燃焼速度と、DPF32の細孔内に堆積し得るPMの最大堆積量とから算出される。タイトコンタクトPMは、DPF32の細孔内でしか生じないからである。
図9は、Agを含有する浄化触媒を用い、所定量のタイトコンタクトPMのみを燃焼させて再生処理を実行したときの再生温度と、再生時間との関係を示す図である。このように、各再生温度におけるPMの燃焼速度に基づいて、タイトコンタクトPMの燃焼に必要な時間、即ち再生時間が求められる。
In step S15, after the time necessary for burning and removing the tight contact PM has elapsed, execution of the regeneration process is prohibited.
The time required to burn and remove the tight contact PM is calculated in advance by a predetermined experiment and stored in the ECU 40. Specifically, the time required to burn and remove the tight contact PM is calculated from the PM burning rate according to the regeneration temperature and the maximum amount of PM that can be deposited in the pores of the DPF 32. This is because the tight contact PM occurs only in the pores of the DPF 32.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the regeneration temperature and the regeneration time when a regeneration process is executed by burning only a predetermined amount of tight contact PM using a purification catalyst containing Ag. Thus, based on the PM combustion rate at each regeneration temperature, the time required for combustion of the tight contact PM, that is, the regeneration time is obtained.

以下、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の効果について説明する。
上述したように、従来では、PMと浄化触媒との接触状態を考慮せずに再生処理を実行していた。このため、PMが浄化触媒と良好な接触性を確保できる量をはるかに超えた量のPMを燃焼させていたため、高温且つ長時間の再生処理が必要であった。
これに対して、本実施形態では、DPF32に捕捉されて堆積したPMが、タイトコンタクト化していると判定された場合に、再生処理の実行を許可する。これにより、DPF32に捕捉されて堆積したPMのうち、タイトコンタクトPMのみを燃焼させることができる。
従って、本実施形態によれば、浄化触媒が本来有する浄化性能を十分に発揮させることができ、従来に比して、より低温且つ短時間でPMを燃焼させてDPF32を再生できる。具体的には、タイトコンタクトPMのみを燃焼させる再生処理を実行することで、従来では550℃〜650℃の高温が必要とされていた再生処理を、400℃以下の低温で実行可能である(図9参照)。このため、再生処理に伴うエネルギーロスを低減でき、燃費の悪化を抑制できる。
Hereinafter, the effect of the exhaust emission control device for the internal combustion engine according to the present embodiment will be described.
As described above, conventionally, the regeneration process is executed without considering the contact state between the PM and the purification catalyst. For this reason, since the amount of PM that burned far exceeded the amount that could ensure good contact with the purification catalyst, high temperature and long time regeneration treatment was required.
On the other hand, in this embodiment, when it is determined that the PM trapped and deposited by the DPF 32 is in tight contact, the regeneration process is permitted to be executed. Thereby, only the tight contact PM can be burned out of the PM trapped and deposited by the DPF 32.
Therefore, according to the present embodiment, the purification performance inherent to the purification catalyst can be sufficiently exerted, and the DPF 32 can be regenerated by burning PM at a lower temperature and in a shorter time than conventional. Specifically, by executing the regeneration process that burns only the tight contacts PM, the regeneration process that conventionally required a high temperature of 550 ° C. to 650 ° C. can be performed at a low temperature of 400 ° C. or less ( (See FIG. 9). For this reason, the energy loss accompanying a regeneration process can be reduced and the deterioration of a fuel consumption can be suppressed.

また、本実施形態では、DPF32の上流側と下流側との間の差圧、及び当該差圧が生じた時間の累積時間に基づいて、DPF32に捕捉されて堆積したPMがタイトコンタクト化しているか否かを判定する。
上述したように、DPF32に捕捉されて堆積したPMと浄化触媒との接触状態は、DPF32の上流側と下流側との間の差圧と、この差圧が生じた時間の累積時間とによって決定される。このため、本実施形態によれば、DPF32に生じた差圧と、この差圧が生じた時間の累積時間とに基づいてPMの堆積状態を判定するため、PMがタイトコンタクト化しているか否かを正確に判定できる。従って、タイトコンタクトPMのみを確実に燃焼させることができ、上記の効果がより高く発揮される。
In the present embodiment, whether the PM trapped and accumulated in the DPF 32 is tightly contacted based on the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the DPF 32 and the accumulated time when the differential pressure occurs. Determine whether or not.
As described above, the contact state between the PM trapped and accumulated in the DPF 32 and the purification catalyst is determined by the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the DPF 32 and the accumulated time of the time when the differential pressure is generated. Is done. For this reason, according to the present embodiment, whether or not the PM is in tight contact is determined because the PM accumulation state is determined based on the differential pressure generated in the DPF 32 and the accumulated time of the time when the differential pressure is generated. Can be determined accurately. Therefore, only the tight contact PM can be surely burned, and the above effect is exhibited more highly.

また、本実施形態では、DPF32に捕捉されて堆積したPMがタイトコンタクト化していると判定された場合であって、PMの堆積量が、DPF32の細孔内に堆積し得る最大堆積量に達していると判定されたときに、再生処理の実行を許可する。
これは、PMがタイトコンタクト化できるのは、PMがDPF32の細孔内に捕捉されて堆積した場合であることに基づく。即ち、DPF32の表面に堆積したPMは、DPF32の細孔内に堆積したPMとは異なり、タイトコンタクト化できない。このため、PMの堆積量が、DPF32の細孔内に堆積し得る最大堆積量に達した後は、DPF32の表面にPMが堆積していくだけであり、タイトコンタクトPM量は既に飽和に達しているため、再生処理を実行するのである。従って、本実施形態によれば、飽和量に達した、タイトコンタクトPMのみを燃焼させることができるため、再生処理の頻度をより低減でき、燃費の悪化をより抑制できる。
Further, in the present embodiment, it is determined that the PM trapped and deposited by the DPF 32 is in tight contact, and the PM deposition amount reaches the maximum deposition amount that can be deposited in the pores of the DPF 32. When it is determined that the playback process is being performed, the execution of the playback process is permitted.
This is based on the fact that PM can be tightly contacted when PM is trapped and deposited in the pores of DPF 32. That is, the PM deposited on the surface of the DPF 32 cannot be made tight contact unlike the PM deposited in the pores of the DPF 32. For this reason, after the PM deposition amount reaches the maximum deposition amount that can be deposited in the pores of the DPF 32, only PM accumulates on the surface of the DPF 32, and the tight contact PM amount has already reached saturation. Therefore, the reproduction process is executed. Therefore, according to the present embodiment, only the tight contact PM that has reached the saturation amount can be burned, so that the frequency of the regeneration process can be further reduced and the deterioration of fuel consumption can be further suppressed.

また、本実施形態では、DPF32に捕捉されて堆積したPMがタイトコンタクト化し、且つPMの堆積量がDPF32の細孔内に堆積し得る最大堆積量に達していると判定されて再生処理が実行された場合において、タイトコンタクトPMを燃焼除去するのに必要な時間が経過したときに、再生処理の実行を禁止する。
これにより、タイトコンタクトPMが燃焼除去されたところで再生処理の実行を中止することができる。従って、本実施形態によれば、再生処理に伴うエネルギーロスをさらに低減でき、燃費の悪化をさらに抑制できる。
Further, in this embodiment, the PM trapped and deposited by the DPF 32 is made into a tight contact, and it is determined that the PM deposition amount has reached the maximum deposition amount that can be deposited in the pores of the DPF 32, and the regeneration process is executed. In such a case, when the time necessary for burning and removing the tight contact PM has elapsed, the regeneration process is prohibited.
Thereby, the execution of the regeneration process can be stopped when the tight contact PM is removed by combustion. Therefore, according to this embodiment, the energy loss accompanying a regeneration process can be further reduced, and deterioration of fuel consumption can be further suppressed.

また、本実施形態では、主噴射量の増量、DPF32の上流側に酸化触媒31を設けたうえでのポスト噴射の実行、又はヒータによる加熱により、DPF32に流入する排気の温度を昇温させて再生処理を実行する。従って、本実施形態によれば、これらの再生処理により、浄化触媒と密に接触しているPMを確実に燃焼除去でき、上記効果が確実に発揮される。   In the present embodiment, the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF 32 is raised by increasing the main injection amount, performing the post injection with the oxidation catalyst 31 provided upstream of the DPF 32, or heating by the heater. Perform playback processing. Therefore, according to the present embodiment, PM that is in close contact with the purification catalyst can be reliably burned and removed by these regeneration processes, and the above-described effects are reliably exhibited.

また、本実施形態では、酸素放出能を有する複合酸化物に、Ag及びPdを担持してなる浄化触媒を用いる。Agは低温下で優れたPM燃焼性能を有し、酸素放出能を有する複合酸化物やPdを併用することによって、低温下でより優れたPM浄化性能が得られる。   In the present embodiment, a purification catalyst is used in which Ag and Pd are supported on a complex oxide having oxygen releasing ability. Ag has excellent PM combustion performance at low temperatures, and by using a composite oxide having oxygen releasing ability and Pd in combination, better PM purification performance can be obtained at low temperatures.

また、本実施形態では、浄化触媒に加えて、NO生成触媒を有するDPF32を用いる。NO生成触媒の作用により排気中のNOから生成されるNOは、優れたPM酸化性能を有する。このため、浄化触媒とNO生成触媒との相乗効果によって、低温下で非常に優れたPM浄化性能が得られる。 In this embodiment, in addition to the purification catalyst, DPF 32 having a NO 2 production catalyst is used. NO 2 generated from NO in the exhaust by the action of NO 2 generation catalysts have superior PM oxidation performance. Therefore, by the synergistic effect of the purification catalyst and NO 2 generation catalysts, excellent PM purification performance at low temperatures is obtained.

また、本実施形態では、高比表面積担体に、Pt、Pd、及びRhからなる群より選択される少なくとも1種を担持してなるNO生成触媒を用いる。これら貴金属元素は、NO生成能に優れることから、上記効果がより高く発揮される。 In this embodiment, a NO 2 generation catalyst is used in which at least one selected from the group consisting of Pt, Pd, and Rh is supported on the high specific surface area support. Since these noble metal elements are excellent in NO 2 generation ability, the above effects are exhibited more highly.

本実施形態では、ECU40が、本発明の再生手段、堆積状態判定手段、再生制御手段、及び堆積量判定手段を構成する。具体的には、再生部41が再生手段に相当し、堆積状態判定部42が堆積状態判定手段に相当し、再生制御部43が再生制御手段に相当し、堆積量判定部44が堆積量判定手段に相当する。また、図3のステップS12の実行に係る手段が堆積状態判定手段に相当し、ステップS13の実行に係る手段が堆積量判定手段に相当し、ステップS14の実行に係る手段が再生手段及び再生制御手段に相当し、ステップS15の実行に係る手段が再生制御手段に相当する。   In the present embodiment, the ECU 40 constitutes a regeneration unit, a deposition state determination unit, a regeneration control unit, and a deposition amount determination unit of the present invention. Specifically, the regeneration unit 41 corresponds to the regeneration unit, the deposition state determination unit 42 corresponds to the deposition state determination unit, the regeneration control unit 43 corresponds to the regeneration control unit, and the deposition amount determination unit 44 determines the deposition amount. Corresponds to means. Further, the means related to the execution of step S12 in FIG. 3 corresponds to the accumulation state determination means, the means related to the execution of step S13 corresponds to the accumulation amount determination means, and the means related to the execution of step S14 corresponds to the regeneration means and the regeneration control. The means for executing step S15 corresponds to the reproduction control means.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

次に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

<単体PM燃焼性能評価>
[実施例1:Ag系触媒]
(Ag系触媒の調製)
CeZrOに対して、Agが30質量%、Pdが1質量%となるように、所定量の硝酸銀及び硝酸Pdを水に溶解させた。次いで、ナスフラスコ中にCeZrO粉末、硝酸銀、及び硝酸Pd混合水溶液を入れ、ロータリーエバポレータで蒸発乾固させた。これを700℃×2時間焼成することにより、AgPd/CeZrOを作製した。
<Single PM combustion performance evaluation>
[Example 1: Ag-based catalyst]
(Preparation of Ag-based catalyst)
A predetermined amount of silver nitrate and Pd nitrate were dissolved in water such that Ag was 30% by mass and Pd was 1% by mass with respect to CeZrO 2 . Next, CeZrO 2 powder, silver nitrate, and a Pd nitrate mixed aqueous solution were placed in an eggplant flask and evaporated to dryness with a rotary evaporator. This was calcined at 700 ° C. for 2 hours to produce AgPd / CeZrO 2 .

(ウォールフロー型DPFへの触媒担持)
上記で調製したAgPd/CeZrOに対し、SiOゾルを所定量の水とともに加え、ボールミルで攪拌してスラリーとした。300セルのSiC−DPFハニカムを準備し、このハニカムをスラリー中に浸漬させた。浸漬後、ハニカムを引き上げて余分なスラリーをエアーナイフで良く切った後、200℃での乾燥を所定の重量になるまで繰り返し行い、セル内にスラリー乾固物で担持されるようにした。次いで、700℃×2時間の焼成を行うことにより、触媒付DPF1L当たり60g/Lの触媒が担持された触媒付DPFを得た。
(Catalyst loading on wall flow type DPF)
To the AgPd / CeZrO 2 prepared above, a SiO 2 sol was added together with a predetermined amount of water and stirred with a ball mill to form a slurry. A 300-cell SiC-DPF honeycomb was prepared, and this honeycomb was immersed in the slurry. After soaking, the honeycomb was pulled up and the excess slurry was cut well with an air knife, and then drying at 200 ° C. was repeated until a predetermined weight was reached, so that the slurry was supported by the dried solid product. Next, by baking at 700 ° C. for 2 hours, a DPF with catalyst carrying 60 g / L of catalyst per 1 L of DPF with catalyst was obtained.

(PM燃焼性能評価)
以下の条件でPM燃焼試験を実施した。なお、試験は初期状態、即ち、上記で得られた触媒付DPFをそのまま用いて実施した。
PMの捕集は、ディーゼル発電機の排気を15ccの触媒付DPFに流通させることで行った。捕集と同時に、触媒付DPFに堆積したPMを5〜10kPaで60分間圧縮することにより、PMと触媒とをタイトコンタクト化させた。捕集したPMの重量は、捕集前後の触媒付DPFの重量を測定することにより求めた。また、重量測定は、水やHCの影響を除外するために、200℃×15分間、乾燥器内で乾燥させてから行った。
PM捕集後の触媒付DPFのテストピースについて、PM燃焼性能評価装置を用いて、PMが燃焼する際に生成するCO及びCOの濃度を測定することにより、PM燃焼性能評価を行った。具体的には、PMが燃焼しないようにNガスで400℃まで昇温した後、ガス組成を、O:25%、NOx:700ppm、N:バランス(線速度SV=50000h−1)に切り替えたときを燃焼開始時とし、燃焼開始から30秒間、タイトコンタクトPMが燃焼するときの高い燃焼速度をタイトコンタクト燃焼速度とし、その後PMの90%が燃焼するまでのPM燃焼速度をルーズコンタクト燃焼速度として、PM燃焼性能を評価した。
(PM combustion performance evaluation)
The PM combustion test was conducted under the following conditions. The test was conducted in the initial state, that is, using the DPF with catalyst obtained above as it was.
The PM was collected by circulating the exhaust of the diesel generator through a 15 cc DPF with catalyst. Simultaneously with the collection, the PM deposited on the DPF with the catalyst was compressed at 5 to 10 kPa for 60 minutes to make the PM and the catalyst into tight contact. The weight of the collected PM was determined by measuring the weight of the DPF with catalyst before and after the collection. Moreover, in order to exclude the influence of water or HC, weight measurement was performed after drying in a dryer at 200 ° C. for 15 minutes.
The test piece DPF with a catalyst after the PM trapping, by using the PM combustion performance evaluation device, PM is by measuring the concentration of CO and CO 2 produced during the combustion was carried out PM combustion performance evaluation. Specifically, after heating up to 400 ° C. with N 2 gas so that PM does not burn, the gas composition is O: 25%, NOx: 700 ppm, N 2 : balance (linear velocity SV = 50000 h−1 ). The high combustion speed when the tight contact PM burns for 30 seconds from the start of combustion is defined as the tight contact combustion speed, and then the PM combustion speed until 90% of the PM burns is loose contact. PM combustion performance was evaluated as the burning rate.

[実施例2:Ag/Pt系触媒]
(Ag系触媒の調製)
Ag系触媒は、触媒の比表面積を増加させてタイトコンタクト化できるPM量を増加させるべく、スラリー調製時にクエン酸を混合した以外は実施例1と同様にして調製した。
[Example 2: Ag / Pt catalyst]
(Preparation of Ag-based catalyst)
The Ag-based catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that citric acid was mixed during slurry preparation so as to increase the amount of PM that can be made into tight contact by increasing the specific surface area of the catalyst.

(Pt系触媒の調製)
Alに対して、Ptが9.3質量%、Pdが4.7質量%となるように、所定量の硝酸Pt及び硝酸Pdを水に溶解させた。次いで、ナスフラスコ中にAl粉末、硝酸Pt、及び硝酸Pd混合水溶液を入れ、ロータリーエバポレータで蒸発乾固させた。これを700℃×2時間焼成することにより、PtPd/Alを作製した。
(Preparation of Pt catalyst)
Predetermined amounts of Pt nitrate and Pd nitrate were dissolved in water such that Pt was 9.3 mass% and Pd was 4.7 mass% with respect to Al 2 O 3 . Next, an Al 2 O 3 powder, Pt nitrate, and a Pd nitrate mixed aqueous solution were placed in an eggplant flask and evaporated to dryness with a rotary evaporator. PtPd / Al 2 O 3 was produced by firing this at 700 ° C. for 2 hours.

(ウォールフロー型DPFへの触媒担持)
実施例1と同様にして作製したAg系触媒付DPFの上層に、上記Pt系触媒をDPF1L当たり20g/L担持させた以外は、実施例1と同様の操作を行い、Ag/Pt系触媒付DPFを得た。
(Catalyst loading on wall flow type DPF)
The same operation as in Example 1 was carried out except that the above Pt catalyst was supported at 20 g / L per 1 L of DPF on the upper layer of an Ag catalyst DPF produced in the same manner as in Example 1, and an Ag / Pt catalyst was added. A DPF was obtained.

(PM燃焼性能評価)
得られた触媒付DPFについて、実施例1と同様のPM燃焼性能評価を実施した。
(PM combustion performance evaluation)
The obtained PMD with catalyst was subjected to the same PM combustion performance evaluation as in Example 1.

[比較例1:Pt系触媒]
市販のPt/Al触媒を用い、実施例1と同様のPM燃焼性能評価を実施した。
[Comparative Example 1: Pt catalyst]
Using a commercial Pt / Al 2 O 3 catalyst was carried out in the same manner as the PM combustion performance evaluation as in Example 1.

<実機PM燃焼性能評価>
[実施例3:Ag系触媒]
(Ag系触媒の調製)
触媒の比表面積を増加させてタイトコンタクト化できるPM量を増加させるべく、スラリー調製時にクエン酸を混合した以外は、実施例1と同様の操作を行い、Ag系触媒を作製した。
<Evaluation of actual PM combustion performance>
[Example 3: Ag-based catalyst]
(Preparation of Ag-based catalyst)
In order to increase the amount of PM that can be tightly contacted by increasing the specific surface area of the catalyst, the same operation as in Example 1 was carried out except that citric acid was mixed during slurry preparation to prepare an Ag-based catalyst.

(ウォールフロー型DPFへの触媒担持)
ウォールフロー型DPFへの触媒担持は、DPF容量を2.1Lとした以外は、実施例1と同様の操作を行い、触媒付DPFを得た。
(Catalyst loading on wall flow type DPF)
Catalyst loading on the wall flow type DPF was carried out in the same manner as in Example 1 except that the capacity of the DPF was 2.1 L to obtain a DPF with catalyst.

(PM燃焼性能評価)
以下の条件でPM燃焼試験を実施した。なお、試験は初期状態、即ち、上記で得られた触媒付DPFをそのまま用いて実施した。
自動車用ディーゼルエンジンを用いて、触媒付DPF直前の温度が400℃程度となるようにエンジン回転数及びトルクを制御し、排気を触媒付DPFに導入した。このときの差圧(圧損)は、5〜10kPa程度であった。排気の導入時間を30分間に設定してタイトコンタクト化させなかったものと、排気の導入時間を120分間に設定してタイトコンタクト化させたものとの2種類について、排気導入前後の重量を測定することにより、PM燃焼性能評価を行った。なお、重量測定は、水やHCの影響を除外するために、200℃×2.5時間乾燥させてから行った。
(PM combustion performance evaluation)
The PM combustion test was conducted under the following conditions. The test was conducted in the initial state, that is, using the DPF with catalyst obtained above as it was.
Using an automobile diesel engine, the engine speed and torque were controlled so that the temperature immediately before the DPF with catalyst was about 400 ° C., and exhaust gas was introduced into the DPF with catalyst. The differential pressure (pressure loss) at this time was about 5 to 10 kPa. Measure the weight before and after the introduction of exhaust for two types: the exhaust introduction time set to 30 minutes and not tight contact, and the exhaust introduction time set to 120 minutes and tight contact. Thus, PM combustion performance was evaluated. In addition, in order to exclude the influence of water and HC, weight measurement was performed after drying at 200 ° C. × 2.5 hours.

[比較例2:Pt系触媒]
比較例1と同様に市販のPt/Al触媒を用い、実施例3と同様のPM燃焼性能評価を実施した。
[Comparative Example 2: Pt catalyst]
PM combustion performance evaluation similar to Example 3 was performed using a commercially available Pt / Al 2 O 3 catalyst in the same manner as in Comparative Example 1.

<単体PM燃焼性能評価結果:実施例1〜2、比較例1>
実施例1〜2、比較例1のPM燃焼性能評価結果を表1に示す。実施例1と比較例1との比較により、試験開始後30秒間のPM燃焼速度、即ちタイトコンタクトPM燃焼速度は、Ag系触媒の方が高かった。これは、DPFの細孔内において、タイトコンタクトPMが燃焼することにより、Ag系触媒が本来的に有する高い浄化性能が発揮された結果である。
これに対して、試験開始30秒経過後、PMの90%が燃焼するまでの燃焼速度、即ちルーズコンタクトPM燃焼速度は、Ag系触媒とPt系触媒とでは、有意差は認められなかった。これは、ルーズコンタクトPMが燃焼することにより、主にNOを利用した燃焼反応が進行する結果である。このため、触媒の浄化性能の相違による影響や、PMと触媒との接触状態による影響が殆ど見られず、いずれもほぼ同等のPM燃焼速度が得られたものと考えられる。
この結果から、特にAg系触媒においては、PMと触媒とをタイトコンタクト化させることにより、高いPM燃焼速度が得られることが判った。
<Single PM combustion performance evaluation results: Examples 1 and 2 and Comparative Example 1>
Table 1 shows the PM combustion performance evaluation results of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. Comparison between Example 1 and Comparative Example 1 revealed that the Ag-based catalyst had a higher PM combustion rate for 30 seconds after the start of the test, that is, the tight contact PM combustion rate. This is a result of the high purification performance inherently possessed by the Ag-based catalyst being exhibited by the tight contact PM burning in the pores of the DPF.
On the other hand, no significant difference was observed between the Ag-based catalyst and the Pt-based catalyst in the combustion rate until 90% of PM combusted after 30 seconds from the start of the test, that is, the loose contact PM combustion rate. This is a result of the combustion reaction mainly using NO 2 being advanced by the loose contact PM burning. For this reason, the influence by the difference in the purification | cleaning performance of a catalyst and the influence by the contact state of PM and a catalyst are hardly seen, and it is thought that the PM combustion speed substantially equivalent was obtained in all.
From this result, it was found that a high PM combustion rate can be obtained by making the PM and the catalyst tight contact, particularly in the case of an Ag-based catalyst.

また、実施例1と実施例2との比較により、PM燃焼触媒であるAg系触媒単独よりも、NO生成触媒であるPt系触媒を組み合わせた方が高いPM燃焼速度が得られた。これは、Ag系触媒とPMとが密に接している界面で進行するタイトコンタクトPM燃焼に、PM酸化性能に優れたNOが加わったことによる相乗効果によるものと考えられた。
また、ルーズコンタクトPM燃焼速度は、実施例1と実施例2とでは有意差は認められなかった。この要因としては、PMは主にNOによって燃焼しており、PMと触媒との接触状態による影響が限りなく小さいためと考えられた。
Further, in comparison between Example 1 and Example 2, a higher PM combustion rate was obtained by combining a Pt-based catalyst that is a NO 2 production catalyst than an Ag-based catalyst that is a PM combustion catalyst alone. This was thought to be due to a synergistic effect due to the addition of NO 2 excellent in PM oxidation performance to tight contact PM combustion that proceeds at the interface where the Ag-based catalyst and PM are in close contact.
Moreover, the significant difference was not recognized by Example 1 and Example 2 about the loose contact PM combustion rate. This is considered to be because PM is mainly burned by NO 2 and the influence of the contact state between PM and the catalyst is extremely small.

Figure 2010265754
Figure 2010265754

<実機PM燃焼性能評価:実施例3、比較例2>
実施例3及び比較例2のPM燃焼性能評価結果を表2に示す。実施例3における排気導入時間30分のときのPM燃焼率は0%であった。これは、平均差圧3.8kPa、排気導入時間、即ちPM圧縮時間30分の条件では、タイトコンタクト領域外であるため、PMの燃焼反応が進行しなかったものと考えられた(図6参照)。一方、排気導入時間120分のときのPM燃焼率は40%であった。これは、平均圧損3.9kPa、排気導入時間、即ちPM圧縮時間120分の条件が、タイトコンタクト領域内であるため、PMの燃焼反応が進行したものと考えられた(図6参照)。
これに対して、比較例2における排気導入時間30分のときのPM燃焼率は6%であった。これは、比較例2ではPt系触媒を用いているため、主にNOによる気体−固体反応によってPMが燃焼しているため、PMと触媒との接触状態による影響が殆ど無いためと考えられた。また、排気導入時間120分のときのPM燃焼率は17%であり、実施例3の排気導入時間120分のときに比して半分以下しか燃焼していなかった。これは、Ag系触媒がPMとタイトコンタクトしたときの燃焼性能が、NOによる燃焼よりも高い燃焼性能を有しているためと考えられた。
<Evaluation of actual PM combustion performance: Example 3 and Comparative Example 2>
Table 2 shows the PM combustion performance evaluation results of Example 3 and Comparative Example 2. The PM combustion rate when exhaust introduction time was 30 minutes in Example 3 was 0%. This is considered to be because PM combustion reaction did not proceed under conditions of an average differential pressure of 3.8 kPa and an exhaust introduction time, that is, a PM compression time of 30 minutes, because it was outside the tight contact region (see FIG. 6). ). On the other hand, the PM combustion rate when the exhaust introduction time was 120 minutes was 40%. This was considered that the PM combustion reaction progressed because the average pressure loss of 3.9 kPa and the exhaust introduction time, that is, the PM compression time of 120 minutes were in the tight contact region (see FIG. 6).
On the other hand, the PM combustion rate when the exhaust introduction time was 30 minutes in Comparative Example 2 was 6%. This is probably because Pt-based catalyst is used in Comparative Example 2, and therefore PM is burned mainly by gas-solid reaction by NO 2, so there is almost no influence by the contact state between PM and catalyst. It was. Further, the PM combustion rate when the exhaust introduction time was 120 minutes was 17%, and the combustion was less than half compared with the exhaust introduction time of 120 minutes in Example 3. This was considered because the combustion performance when the Ag-based catalyst was tightly contacted with PM had higher combustion performance than combustion with NO 2 .

Figure 2010265754
Figure 2010265754

1…エンジン(内燃機関)
9…スロットル弁(再生手段)
21…エアーフローメータ(再生手段)
22…差圧センサ(堆積状態判定手段)
31…酸化触媒(再生手段)
32…DPF(フィルタ)
40…ECU(再生手段、堆積状態判定手段、再生制御手段、堆積量判定手段)
1. Engine (internal combustion engine)
9 ... Throttle valve (regeneration means)
21 ... Air flow meter (regeneration means)
22 ... Differential pressure sensor (deposition state judging means)
31 ... Oxidation catalyst (regeneration means)
32 ... DPF (filter)
40 ... ECU (regeneration means, accumulation state determination means, regeneration control means, accumulation amount determination means)

Claims (8)

内燃機関の排気通路に設けられ、当該内燃機関の排気中の粒子状物質を捕捉するとともに、捕捉した粒子状物質を浄化するための浄化触媒を有するフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記フィルタに流入する排気の温度を昇温させることにより、当該フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質を燃焼除去する再生処理を実行する再生手段と、
前記フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質が前記浄化触媒と密に接触しているか否かを、前記内燃機関の排気の状態を示すパラメータに基づいて判定する堆積状態判定手段と、
前記再生処理の実行を制御する再生制御手段と、を備え、
前記再生制御手段は、前記堆積状態判定手段により、前記フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質が前記浄化触媒と密に接触していると判定された場合に、前記再生処理の実行を許可することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, which is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and includes a filter having a purification catalyst for purifying particulate matter in the exhaust gas of the internal combustion engine and purifying the captured particulate matter.
A regeneration means for performing a regeneration process for burning and removing particulate matter trapped and deposited by the filter by raising the temperature of the exhaust gas flowing into the filter;
Deposition state determination means for determining whether particulate matter trapped and deposited by the filter is in intimate contact with the purification catalyst based on a parameter indicating an exhaust state of the internal combustion engine;
Playback control means for controlling execution of the playback process,
The regeneration control unit permits the regeneration process to be executed when the accumulation state determination unit determines that the particulate matter trapped and deposited by the filter is in close contact with the purification catalyst. An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
前記内燃機関の排気の状態を示すパラメータは、前記フィルタの上流側と下流側との間の差圧、及び当該差圧が生じた時間の累積時間であることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。   The parameter indicating the exhaust state of the internal combustion engine is a differential pressure between the upstream side and the downstream side of the filter and an accumulated time of a time when the differential pressure is generated. An exhaust purification device for an internal combustion engine. 前記堆積状態判定手段により、前記フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質が前記浄化触媒と密に接触していると判定された場合に、粒子状物質の堆積量が、前記フィルタの細孔内に堆積し得る最大堆積量に達しているか否かを判定する堆積量判定手段をさらに備え、
前記再生制御手段は、前記堆積量判定手段により、前記フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質の堆積量が前記最大堆積量に達していると判定されたときに、前記再生処理の実行を許可することを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の排気浄化装置。
When it is determined by the deposition state determination means that the particulate matter trapped and deposited by the filter is in close contact with the purification catalyst, the amount of particulate matter deposited is determined in the pores of the filter. And further comprising a deposit amount judging means for judging whether or not the maximum deposit amount that can be deposited is reached.
The regeneration control means permits execution of the regeneration process when the accumulation amount determination means determines that the accumulation amount of the particulate matter trapped and accumulated by the filter has reached the maximum accumulation amount. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記再生制御手段は、前記浄化触媒と密に接触している粒子状物質を燃焼除去するのに必要な時間が経過したときに、前記再生処理の実行を禁止することを特徴とする請求項3記載の内燃機関の排気浄化装置。   4. The regeneration control unit prohibits execution of the regeneration process when a time necessary for burning and removing particulate matter in close contact with the purification catalyst has elapsed. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine as described. 前記再生手段は、主噴射量の増量、前記フィルタの上流側に酸化触媒を設けたうえでのポスト噴射の実行、又はヒータによる加熱により、前記フィルタに流入する排気の温度を昇温させて前記再生処理を実行することを特徴とする請求項1から4いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。   The regeneration means increases the temperature of the exhaust gas flowing into the filter by increasing the main injection amount, performing post injection after providing an oxidation catalyst upstream of the filter, or heating by a heater, and The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein regeneration processing is executed. 前記浄化触媒は、酸素放出能を有する複合酸化物に、Ag及びPdを担持してなることを特徴とする請求項1から5いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust purification device of an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the purification catalyst comprises Ag and Pd supported on a complex oxide having an oxygen releasing ability. 前記フィルタは、排気中のNOからNOを生成させるNO生成触媒をさらに有することを特徴とする請求項1から6いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the filter further includes a NO 2 generation catalyst that generates NO 2 from NO in the exhaust gas. 前記NO生成触媒は、高比表面積担体に、Pt、Pd、及びRhからなる群より選択される少なくとも1種を担持してなることを特徴とする請求項7記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, wherein the NO 2 generation catalyst carries at least one selected from the group consisting of Pt, Pd, and Rh on a high specific surface area carrier. .
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