JP2016186300A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの燃焼室から排出された排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas discharged from a combustion chamber of an engine.
燃費を向上するために、理論空燃比(ストイキ)よりもリーンな空燃比で燃料を燃焼させるリーン燃焼を実行可能なエンジンが開発されている。リーン燃焼が行われると、理論空燃比で燃焼させた場合と比べて窒素酸化物(NOx)が発生しやすい。このため、上記リーン燃焼を実行可能なエンジンの排気路には、排気ガスから窒素酸化物を除去するNOx吸蔵還元触媒(LNT:Lean NOx Trap)が設けられる場合がある。 In order to improve fuel efficiency, an engine capable of performing lean combustion in which fuel is burned at an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric) has been developed. When lean combustion is performed, nitrogen oxides (NOx) are more likely to be generated than when combustion is performed at a stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, an NOx occlusion reduction catalyst (LNT: Lean NOx Trap) that removes nitrogen oxides from the exhaust gas may be provided in the exhaust path of the engine that can execute the lean combustion.
NOx吸蔵還元触媒は、所定の温度範囲(以下、「吸蔵温度範囲」と称する)において窒素酸化物を吸蔵するため、排気ガスを吸蔵温度範囲内に維持する必要がある。そこで、例えば、排気路にバイパス路を設けておき、バイパス路を空冷することで、排気ガスを吸蔵温度範囲まで冷却する技術(例えば、特許文献1)や、バイパス路の外周部にフィンを設けておき、フィンから外部への放熱によって排気ガスを冷却したり、バイパス路を水冷して排気ガスを冷却したりする技術(例えば、特許文献2)が開示されている。 Since the NOx occlusion reduction catalyst occludes nitrogen oxides in a predetermined temperature range (hereinafter referred to as “occlusion temperature range”), it is necessary to maintain the exhaust gas within the occlusion temperature range. Therefore, for example, a bypass path is provided in the exhaust path, and the bypass path is air-cooled to cool the exhaust gas to the occlusion temperature range (for example, Patent Document 1), or fins are provided in the outer periphery of the bypass path. A technique (for example, Patent Document 2) in which exhaust gas is cooled by heat radiation from the fin to the outside, or the exhaust gas is cooled by water-cooling the bypass passage is disclosed.
しかし、上記特許文献1、2に記載されたバイパス路を空冷する技術では、排気ガスの冷却効果が低く、排気ガスの温度を吸蔵温度範囲まで下げられない場合もある。また、上記特許文献2に記載されたバイパス路を水冷する技術では、水を循環させる複雑な機構が必要となるため、当該機構のメンテナンスに手間を要するという問題がある。 However, in the techniques for air-cooling the bypass passages described in Patent Documents 1 and 2, the exhaust gas cooling effect is low, and the temperature of the exhaust gas may not be lowered to the occlusion temperature range. Moreover, in the technique for water-cooling the bypass path described in Patent Document 2, a complicated mechanism for circulating water is required, and thus there is a problem that maintenance of the mechanism is troublesome.
そこで、本発明は、簡易な構成で排気ガスを冷却することができ、NOx吸蔵還元触媒による窒素酸化物の吸蔵効率を向上させることが可能な排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus that can cool exhaust gas with a simple configuration and can improve the storage efficiency of nitrogen oxides by a NOx storage reduction catalyst.
上記課題を解決するために、本発明の排気ガス浄化装置は、エンジンの燃焼室から排出された排気ガスが導かれるメイン排気路に設けられ、所定の温度範囲で窒素酸化物を吸蔵するNOx吸蔵還元触媒と、メイン排気路から分岐され、メイン排気路に合流するバイパス路に設けられ、所定の温度範囲の上限値以下の所定の吸水温度未満で水を吸着するとともに、吸水温度以上で水を放出する吸水材と、NOx吸蔵還元触媒の上流側の排気ガスの温度が所定の温度範囲の上限値を上回ると、排気ガスを、バイパス路に配された吸水材に通過させた後、NOx吸蔵還元触媒に通過させるように、排気ガスの流路を制御する流路制御部と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an exhaust gas purification apparatus according to the present invention is provided in a main exhaust passage through which exhaust gas discharged from a combustion chamber of an engine is guided, and stores NOx in a predetermined temperature range. The reduction catalyst is provided in a bypass passage branched from the main exhaust passage and joined to the main exhaust passage, and adsorbs water below a predetermined water absorption temperature below an upper limit value of a predetermined temperature range and absorbs water above the water absorption temperature. When the temperature of the water absorbing material to be released and the exhaust gas upstream of the NOx storage reduction catalyst exceeds the upper limit of the predetermined temperature range, the exhaust gas is passed through the water absorbing material arranged in the bypass passage, and then stored in the NOx A flow path control unit that controls the flow path of the exhaust gas so as to pass through the reduction catalyst.
また、流路制御部は、NOx吸蔵還元触媒の上流側の排気ガスの温度が所定の温度範囲内である場合、排気ガスを、NOx吸蔵還元触媒に通過させた後、バイパス路に配された吸水材に通過させるように、排気ガスの流路を制御するとしてもよい。 In addition, when the temperature of the exhaust gas upstream of the NOx occlusion reduction catalyst is within a predetermined temperature range, the flow path control unit passes the exhaust gas through the NOx occlusion reduction catalyst and then is disposed in the bypass passage. The flow path of the exhaust gas may be controlled so as to pass through the water absorbing material.
また、バイパス路は、メイン排気路におけるNOx吸蔵還元触媒の上流側から分岐され、NOx吸蔵還元触媒の下流側に合流する第1サブ流路と、第1サブ流路と、メイン排気路における第1サブ流路との合流箇所の下流側とを連通させる第2サブ流路と、メイン排気路における第1サブ流路の分岐箇所と、NOx吸蔵還元触媒との間から分岐され、メイン排気路における第1サブ流路との合流箇所の下流側に合流する第3サブ流路と、を備え、吸水材は、第1サブ流路における、第2サブ流路との連通箇所と、メイン排気路との合流箇所との間に設けられ、メイン排気路における第1サブ流路の分岐箇所の上流側と、メイン排気路における分岐箇所の下流側、または、第1サブ流路とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える第1切替手段と、第1サブ流路における第2サブ流路との連通箇所の上流側と、第1サブ流路における連通箇所の下流側、または、第2サブ流路とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える第2切替手段と、メイン排気路における第1サブ流路との合流箇所の上流側と、メイン排気路における合流箇所の下流側、または、第1サブ流路とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える第3切替手段と、メイン排気路における第3サブ流路の分岐箇所の上流側と、メイン排気路における分岐箇所の下流側、または、第3サブ流路とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える第4切替手段と、を備え、流路制御部は、第1切替手段、第2切替手段、第3切替手段、および、第4切替手段を切替制御するとしてもよい。 The bypass path is branched from the upstream side of the NOx storage reduction catalyst in the main exhaust path and joined to the downstream side of the NOx storage reduction catalyst, the first subflow path, and the first subflow path in the main exhaust path. A main exhaust passage is branched from between the second sub passage communicating with the downstream side of the joining location with the one sub passage, the branch portion of the first sub passage in the main exhaust passage, and the NOx storage reduction catalyst. And a third sub-flow channel that merges downstream of the merged location with the first sub-flow channel, and the water-absorbing material is connected to the second sub-flow channel in the first sub-flow channel and the main exhaust Provided between the junction with the passage and the upstream side of the branch point of the first sub-flow path in the main exhaust path and the downstream side of the branch point of the main exhaust path or the first sub-flow path. The first to switch the exhaust gas flow path In order to communicate the replacement means and the upstream side of the communication location of the second sub-channel in the first sub-channel and the downstream side of the communication location of the first sub-channel, or the second sub-channel, The second switching means for switching the flow path of the exhaust gas, the upstream side of the joining location with the first sub-flow passage in the main exhaust passage, and the downstream side of the joining location in the main exhaust passage, or the first sub-flow passage A third switching means for switching the flow path of the exhaust gas so as to communicate, an upstream side of the branch point of the third sub-flow path in the main exhaust path, and a downstream side of the branch position of the main exhaust path, or the third sub And a fourth switching means for switching the flow path of the exhaust gas so as to communicate with the flow path. The flow path control unit includes a first switching means, a second switching means, a third switching means, and a fourth switching means. The switching means may be subjected to switching control.
本発明によれば、簡易な構成で排気ガスを冷却することができ、NOx吸蔵還元触媒による窒素酸化物の吸蔵効率を向上させることが可能となる。 According to the present invention, the exhaust gas can be cooled with a simple configuration, and the nitrogen oxide storage efficiency by the NOx storage reduction catalyst can be improved.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
図1は、本実施形態にかかるエンジンシステム100の構成を示す概略図である。なお、図1中、信号の流れを破線の矢印で示す。図1に示すように、エンジンシステム100には、中央処理装置(CPU)、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含むマイクロコンピュータでなるECU(Engine Control Unit)110が設けられ、ECU110によりエンジン120全体が統括制御される。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an
エンジン120は、複数の気筒122aを有する多気筒エンジンであり、シリンダブロック122に形成された各気筒122aの吸気ポート124に、吸気マニホールド126が連通される。吸気マニホールド126の集合部には、エアチャンバ128を介して吸気路130が連通され、吸気路130の上流側にエアクリーナ132が設けられ、エアクリーナ132の下流側にスロットル弁134が設けられる。
The
また、エンジン120のシリンダブロック122に形成された各気筒122aの排気ポート136には、排気マニホールド138が連通される。排気マニホールド138の集合部には、排気路140(メイン排気路)を介してマフラー142が連通され、排気路140に、後述する排気ガス浄化ユニット200が設けられている。
An
エンジン120には、点火プラグ148が、その先端が燃焼室146内に位置するように各気筒122aそれぞれに対して設けられる。また、各気筒122aの燃焼室146には、インジェクタ150が設けられる。
The
エンジンシステム100には、吸気路130におけるエアクリーナ132とスロットル弁134との間に、エンジン120に流入する吸入空気量を検出する吸入空気量センサ160、および、エンジン120に流入する空気の温度を検出する吸気温センサ162が設けられる。また、エンジンシステム100には、スロットル弁134の開度を検出するスロットル開度センサ164が設けられる。また、エンジンシステム100には、クランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ166が設けられる。
In the
また、エンジンシステム100には、燃焼室146と吸気ポート124とを開閉可能な吸気弁(図示せず)、および、燃焼室146と排気ポート136とを開閉可能な排気弁(図示せず)を開閉させるカム(図示せず)を駆動するVVTアクチュエータ152、および、当該カムの回転角度を検出するカムセンサ168が設けられる。また、エンジンシステム100は、アクセル(図示せず)の開度を検出するアクセル開度センサ170が設けられる。
The
これら各センサ160〜170は、ECU110に接続されており、検出値を示す信号をECU110に出力する。
Each of these
ECU110は、各センサ160〜170から出力された信号を取得してエンジン120を制御する。ECU110は、エンジン120を制御する際、信号取得部180、目標値導出部182、空気量決定部184、噴射量決定部186、スロットル開度決定部188、点火時期決定部190、駆動制御部192として機能する。
ECU 110 acquires signals output from
信号取得部180は、各センサ160〜170が検出した値を示す信号を取得する。目標値導出部182は、クランク角センサ166から取得したクランク角を示す信号に基づいて現時点のエンジン回転数を導出する。また、目標値導出部182は、導出したエンジン回転数、および、アクセル開度センサ170から取得したアクセル開度を示す信号に基づき、予め記憶されたマップを参照して目標トルクおよび目標エンジン回転数を導出する。
The
空気量決定部184は、目標値導出部182により導出された目標エンジン回転数および目標トルクに基づいて、各気筒122aに供給する目標空気量を決定する。スロットル開度決定部188は、空気量決定部184により決定された各気筒122aの目標空気量の合計量を導出し、合計量の空気を外部から吸気するための目標スロットル開度を決定する。
The air
噴射量決定部186は、空気量決定部184により決定された各気筒122aの目標空気量に基づいて、例えば、空燃比が理論空燃比よりリーンとなるように、各気筒122aに供給する燃料の目標噴射量を決定する。また、噴射量決定部186は、決定した目標噴射量をエンジン120の吸気行程あるいは圧縮行程でインジェクタ150から噴射させるために、クランク角センサ166により検出されるクランク角を示す信号に基づいて、各インジェクタ150の目標噴射時期および目標噴射期間を決定する。
The injection amount determination unit 186, based on the target air amount of each
点火時期決定部190は、目標値導出部182により導出された目標エンジン回転数、および、クランク角センサ166により検出されるクランク角を示す信号に基づいて、各気筒122aでの点火プラグ148の目標点火時期を決定する。
Based on the target engine speed derived by the target
駆動制御部192は、スロットル開度決定部188により決定された目標スロットル開度でスロットル弁134が開口するように、スロットル弁用アクチュエータ(図示せず)を駆動する。また、駆動制御部192は、噴射量決定部186により決定された目標噴射時期および目標噴射期間でインジェクタ150を駆動することで、インジェクタ150から目標噴射量の燃料を噴射させる。また、駆動制御部192は、点火時期決定部190により決定された目標点火時期で点火プラグ148を点火させる。
The
このようにして、燃焼室146で燃料が燃焼されたことにより生じた排気ガスは、排気路140を通じて外部に排出されることになるが、排気ガスには、炭化水素(HC:HydroCarbon)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)が含まれるため、これらを除去する必要がある。そこで、排気路140に排気ガス浄化ユニット200を設けておき、排気ガス浄化ユニット200において、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を除去する。
Thus, the exhaust gas generated by the combustion of the fuel in the
なお、ECU110は、排気ガス浄化ユニット200を制御する際、流路制御部194として機能する。流路制御部194の処理については、後に詳述する。
The
図2は、排気ガス浄化ユニット200の構成を示す概略図である。なお、図2中、信号の流れを破線の矢印で示す。図2に示すように、排気ガス浄化ユニット200は、三元触媒(Three-Way Catalyst)210と、NOx吸蔵還元触媒212と、バイパス路220と、吸水材230と、第1切替手段240と、第2切替手段242と、第3切替手段244と、第4切替手段246とを含んで構成される。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the exhaust
三元触媒210は、排気路140内に設けられる。三元触媒210は、例えば、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)を含んで構成され、排気ポート136から排出された排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を除去する。
The three-
NOx吸蔵還元触媒212は、排気路140内における三元触媒210の下流側に設けられ、三元触媒210で除去しきれなかった窒素酸化物を一旦吸蔵し、吸蔵した窒素酸化物を所定のタイミングで還元(浄化)する。
The NOx
具体的に説明すると、NOx吸蔵還元触媒212は、所定の吸蔵温度範囲(例えば、300℃〜500℃の温度範囲)において、窒素酸化物を吸蔵し、吸蔵温度範囲の上限値よりも高温の還元温度(例えば、550℃)以上で窒素酸化物を還元するという特性を有する。一方、エンジン120において空燃比をリーンとしている状態、すなわち、リーン燃焼(リーンバーン)を行っている状態では、理論空燃比としている状態や、空燃比をリッチとしている状態、すなわち、リッチ燃焼(リッチバーン)を行っている状態よりも窒素酸化物の排出量が多く、また、排気ガスの温度が低い。
Specifically, the NOx
したがって、NOx吸蔵還元触媒212は、リーン燃焼を行っている状態において、窒素酸化物を吸蔵し、リッチ燃焼を行っている状態において、窒素酸化物を還元するのが望ましい。つまり、リーン燃焼を行っている状態においては、排気ガスの温度が吸蔵温度範囲内となり、リッチ燃焼を行っている状態においては、排気ガスの温度が還元温度以上となるのが好ましい。そして、本実施形態のエンジン120は、通常リーン燃焼を行い、間欠的に短期間(例えば、数秒)リッチ燃焼を行うことにより、リーン燃焼を行っている間にNOx吸蔵還元触媒212で窒素酸化物を吸蔵し、リッチ燃焼を行っている間に窒素酸化物が還元されるように構成される。
Therefore, it is desirable that the NOx
ここで、リッチ燃焼を行っている状態において、排気ガスの温度が還元温度以上となるため窒素酸化物を還元できるが、リーン燃焼を行っている状態においては、排気ガスの温度が吸蔵温度範囲を上回り、還元温度未満となってしまう場合がある。そうすると、NOx吸蔵還元触媒212の吸蔵効率が低下し、窒素酸化物の除去率が低減してしまうおそれがある。
Here, in the state where the rich combustion is performed, the temperature of the exhaust gas becomes equal to or higher than the reduction temperature, so that the nitrogen oxide can be reduced. However, in the state where the lean combustion is performed, the temperature of the exhaust gas falls within the storage temperature range. It may exceed the reduction temperature. If it does so, there exists a possibility that the storage efficiency of the NOx
そこで、本実施形態の排気ガス浄化ユニット200は、バイパス路220、吸水材230、第1切替手段240、第2切替手段242、第3切替手段244、第4切替手段246を備え、排気ガスの温度が吸蔵温度範囲を上回る場合(例えば、排気ガスの温度が500℃を上回る場合)に、排気ガスの流路を排気路140からバイパス路220に切り替えて吸蔵温度範囲まで冷却する。
Therefore, the exhaust
具体的に説明すると、バイパス路220は、排気路140から分岐(連通)され、排気路140に合流(連通)する流路であり、第1サブ流路222、第2サブ流路224、第3サブ流路226を含んで構成される。第1サブ流路222は、排気路140におけるNOx吸蔵還元触媒212の上流側から分岐され、NOx吸蔵還元触媒212の下流側に合流する流路である。第2サブ流路224は、第1サブ流路222と、排気路140における第1サブ流路222との合流箇所の下流側とを連通させる流路である。第3サブ流路226は、排気路140における第1サブ流路222の分岐箇所と、NOx吸蔵還元触媒212との間から分岐され、排気路140における第1サブ流路222との合流箇所の下流側に合流する流路である。
Specifically, the
吸水材230は、例えば、多孔質体のセラミックで構成され、NOx吸蔵還元触媒212が窒素酸化物を吸蔵する吸蔵温度範囲の上限値(例えば、500℃)以下の所定の吸水温度(例えば、400℃)未満で水(液体、または、気体)を吸着するとともに、吸水温度以上で水を放出する。本実施形態において、吸水材230は、吸水温度が吸蔵温度範囲内であるものが採用されている。吸水材230は、第1サブ流路222における、第2サブ流路224との連通箇所と、排気路140との合流箇所との間に設けられる。
The
また、吸水材230は、電子の偏りを有するセラミック、例えば、アルカリ金属やアルカリ土類金属を含むセラミックで構成されてもよい。これにより、吸水材230の吸水効率を向上させることができる。
Further, the
第1切替手段240は、例えば、排気路140における第1サブ流路222の分岐箇所に設けられた切替弁で構成される。第1切替手段240は、排気路140における第1切替手段240の上流側(三元触媒210側)と、排気路140における第1切替手段240の下流側(NOx吸蔵還元触媒212側)、または、第1サブ流路222とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える。つまり、第1切替手段240は、排気路140における第1サブ流路222の分岐箇所の上流側と、排気路140における第1サブ流路222の分岐箇所の下流側、または、第1サブ流路222とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える。
The 1st switching means 240 is comprised by the switching valve provided in the branch location of the 1st
第2切替手段242は、例えば、第1サブ流路222における第2サブ流路224との連通箇所に設けられた切替弁で構成される。第2切替手段242は、第1サブ流路222における第2切替手段242の上流側と、第1サブ流路222における第1切替手段240の下流側(吸水材230側)、または、第2サブ流路224とを連通させるように排気ガスの流路を切り替える。つまり、第2切替手段242は、第1サブ流路222における第2サブ流路224との連通箇所の上流側と、第1サブ流路222における連通箇所の下流側、または、第2サブ流路224とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える。
The 2nd switching means 242 is comprised by the switching valve provided in the communication location with the
第3切替手段244は、例えば、排気路140における第1サブ流路222の合流箇所に設けられた切替弁で構成される。第3切替手段244は、排気路140における第3切替手段244の上流側(NOx吸蔵還元触媒212側)と、排気路140における第3切替手段244の下流側(マフラー142側)、または、第1サブ流路222とを連通させるように排気ガスの流路を切り替える。つまり、第3切替手段244は、排気路140における第1サブ流路222との合流箇所の上流側と、排気路140における合流箇所の下流側、または、第1サブ流路222とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える。
The 3rd switching means 244 is comprised by the switching valve provided in the confluence | merging location of the 1st
第4切替手段246は、例えば、排気路140における第3サブ流路226の分岐箇所に設けられた切替弁で構成される。第4切替手段246は、排気路140における第4切替手段246の上流側(三元触媒210側)と、排気路140における第4切替手段246の下流側(NOx吸蔵還元触媒212側)、または、第3サブ流路226とを連通させるように排気ガスの流路を切り替える。つまり、第4切替手段246は、排気路140における第3サブ流路226の分岐箇所の上流側と、排気路140における分岐箇所の下流側、または、第3サブ流路226とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える。
The 4th switching means 246 is comprised by the switching valve provided in the branch location of the 3rd
流路制御部194は、運転条件に応じて、第1切替手段240、第2切替手段242、第3切替手段244、第4切替手段246を制御する。
The flow path control
(流路切替処理)
続いて、流路制御部194による流路切替処理について説明する。図3は、流路切替処理の流れを説明するためのフローチャートであり、図4は、排気ガスの流れを説明するための図である。なお、図4中、排気ガスの流れを矢印で示す。また、本実施形態において、所定の時間間隔毎に生じる割込によって流路切替処理が繰り返し遂行される。
(Flow path switching process)
Next, the flow path switching process by the flow path control
(ステップS310)
図3に示すように、流路制御部194は、まず、NOx吸蔵還元触媒212の上流側(ここでは、三元触媒210と第1切替手段240の間)の排気ガスの温度が吸蔵温度範囲の上限値(例えば、500℃)未満かを判定する。本実施形態において、流路制御部194は、目標値導出部182が導出したエンジン回転数、および、アクセル開度センサ170から取得したアクセル開度を示す信号に基づいて、排気ガスの温度を推定する。具体的に説明すると、ECU110には、エンジンの回転数およびアクセル開度と、排気ガスの温度とを関連付けた排気ガス温度マップが予め記憶されている。そして、流路制御部194は、エンジン回転数、および、アクセル開度を示す信号に基づき、予め記憶された排気ガス温度マップを参照してNOx吸蔵還元触媒212の上流側の排気ガスの温度の推定値を導出する。こうして導出した推定値を排気ガスの温度とみなして、流路制御部194は、排気ガスの温度が吸蔵温度範囲の上限値未満かを判定する。
(Step S310)
As shown in FIG. 3, the flow path control
その結果、排気ガスの温度が、吸蔵温度範囲の上限値未満であると判定した場合(ステップS310におけるYES)には、ステップS312に処理を移し、吸蔵温度範囲の上限値未満ではない(吸蔵温度範囲の上限値を上回る)と判定した場合(ステップS310におけるNO)には、ステップS314に処理を移す。 As a result, when it is determined that the temperature of the exhaust gas is less than the upper limit value of the storage temperature range (YES in step S310), the process proceeds to step S312 and is not less than the upper limit value of the storage temperature range (storage temperature). If it is determined that the value exceeds the upper limit of the range (NO in step S310), the process proceeds to step S314.
(ステップS312)
流路制御部194は、排気ガスがNOx吸蔵還元触媒212を通過した後に、吸水材230を通過する流路となるように(図4(a)参照)、第1切替手段240、第2切替手段242、第3切替手段244、第4切替手段246を切替制御して(吸水流路切替処理)、当該流路切替処理を終了する。つまり、流路制御部194は、排気ガスの流路が、排気路140、三元触媒210、NOx吸蔵還元触媒212、吸水材230(第1サブ流路222)、第2サブ流路224、排気路140となるように、第1切替手段240、第2切替手段242、第3切替手段244、第4切替手段246を切替制御する。
(Step S312)
The flow path control
これにより、NOx吸蔵還元触媒212において排気ガス中の窒素酸化物を吸蔵しつつ、吸水材230において排気ガス中の水を吸着することができる。また、吸水材230には、窒素酸化物が取り除かれた排気ガスが導かれるため、窒素酸化物による吸水材230の劣化を防止することが可能となる。
Thus, the water in the exhaust gas can be adsorbed by the
また、図4(a)に示す流路において、排気ガスは、NOx吸蔵還元触媒212を通過した後、吸水材230に到達する、つまり、NOx吸蔵還元触媒212で冷却された後、吸水材230に到達する。このため、NOx吸蔵還元触媒212の上流側の排気ガスの温度が吸蔵温度範囲の上限値未満である場合には、吸水材230を通過する排気ガスは、吸水温度未満になっており、吸水材230において排気ガス中の水を吸着することが可能となっている。
4A, the exhaust gas passes through the NOx
(ステップS314)
流路制御部194は、NOx吸蔵還元触媒212の上流側の排気ガスの温度が、吸水材230の耐熱温度(例えば、1000℃)以上であるかを判定する。その結果、耐熱温度以上であると判定した場合(ステップS314におけるYES)には、ステップS318に処理を移し、耐熱温度以上ではないと判定した場合(ステップS314におけるNO)には、ステップS316に処理を移す。
(Step S314)
The flow path control
(ステップS316)
流路制御部194は、排気ガスが吸水材230を通過した後に、NOx吸蔵還元触媒212を通過する流路となるように(図4(b)参照)、第1切替手段240、第2切替手段242、第3切替手段244、第4切替手段246を切替制御して(放出流路切替処理)、当該流路切替処理を終了する。つまり、流路制御部194は、排気ガスの流路が、排気路140、吸水材230(第1サブ流路222)、NOx吸蔵還元触媒212、第3サブ流路226、排気路140となるように、第1切替手段240、第2切替手段242、第3切替手段244、第4切替手段246を切替制御する。
(Step S316)
The flow path control
これにより、吸水材230が吸着した水を排気ガスの熱によって放出させることができ、放出された水をNOx吸蔵還元触媒212に導くことが可能となる。したがって、放出された水でNOx吸蔵還元触媒212を冷却することが可能となり、NOx吸蔵還元触媒212を吸蔵温度範囲内とすることができる。
Thereby, the water adsorbed by the
(ステップS318)
流路制御部194は、排気ガスが吸水材230を通過することなくNOx吸蔵還元触媒212を通過する流路となるように(図4(c)参照)、第1切替手段240、第3切替手段244、第4切替手段246を切替制御して(メイン流路切替処理)、当該流路切替処理を終了する。つまり、流路制御部194は、排気ガスの流路が、排気路140、三元触媒210、NOx吸蔵還元触媒212、排気路140となるように、第1切替手段240、第3切替手段244、第4切替手段246を切替制御する。
(Step S318)
The flow path control
これにより、排気ガスの温度が吸水材230の耐熱温度以上である場合、吸水材230へ排気ガスが導かれる事態を回避することができ、吸水材230の劣化を防止することが可能となる。また、NOx吸蔵還元触媒212を通過させているため、排気ガスから窒素酸化物を確実に除去(還元)することができる。
Thereby, when the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than the heat resistant temperature of the
以上説明したように、排気ガス浄化ユニット200および流路制御部194で構成される本実施形態の排気ガス浄化装置によれば、バイパス路220に吸水材230を設けるといった簡易な構成で、NOx吸蔵還元触媒212を冷却することができる。これにより、NOx吸蔵還元触媒212を吸蔵温度範囲まで低下させることができ、NOx吸蔵還元触媒212による窒素酸化物の吸蔵効率を向上させることが可能となる。
As described above, according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment configured by the exhaust
また、従来の水冷で排気ガスを冷却する構成と比較して、水を循環させる複雑な機構が不要になり、メンテナンスの手間を低減することができる。さらに、本実施形態の排気ガス浄化装置によれば、従来廃棄されていた排気ガス中の水を用いて排気ガスを冷却することから、冷却専用の水をわざわざ調達する必要がなく、水に要するコストを削減できる。 In addition, a complicated mechanism for circulating water is not required as compared with the conventional configuration in which the exhaust gas is cooled by water cooling, and the maintenance labor can be reduced. Furthermore, according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, the exhaust gas is cooled using the water in the exhaust gas that has been disposed of in the past, so it is not necessary to procure water dedicated to cooling, and water is required. Cost can be reduced.
(変形例)
図5は、変形例にかかる排気ガス浄化ユニット400を説明するための図である。図5に示すように、排気ガス浄化ユニット400は、三元触媒210と、NOx吸蔵還元触媒212と、バイパス路420と、吸水材230と、切替手段440とを含んで構成される。なお、上述した実施形態の排気ガス浄化ユニット200と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、構成の異なるバイパス路420、切替手段440について詳述する。
(Modification)
FIG. 5 is a diagram for explaining an exhaust
バイパス路420は、排気路140におけるNOx吸蔵還元触媒212の上流側から分岐され、分岐箇所より下流側であってNOx吸蔵還元触媒212の上流側に合流する流路である。なお、変形例において、吸水材230は、バイパス路420に設けられる。
The
切替手段440は、例えば、排気路140におけるバイパス路420の分岐箇所に設けられた切替弁で構成され、排気ガスの流路を排気路140またはバイパス路420に切り替える。
The
また、本実施形態において、流路制御部194は、切替手段440を切替制御する。
In the present embodiment, the flow path control
(流路切替処理)
続いて、変形例にかかる流路制御部194による流路切替処理について説明する。図6は、変形例にかかる流路切替処理の流れを説明するための図である。また、変形例において、所定の時間間隔毎に生じる割込によって流路切替処理が繰り返し遂行される。
(Flow path switching process)
Next, the flow path switching process by the flow path control
(ステップS510)
図6に示すように、流路制御部194は、まず、NOx吸蔵還元触媒212の上流側(ここでは、三元触媒210と、バイパス路420の分岐箇所との間)の排気ガスの温度が、吸蔵温度範囲の下限値(例えば、300℃)以上であり、かつ、吸水温度(例えば、400℃)未満であるか、または、吸蔵温度範囲の上限値(例えば、500℃)を上回り、かつ、耐熱温度(例えば、1000℃)未満であるかを判定する。その結果、吸蔵温度範囲の下限値以上であり、かつ、吸水温度未満である、または、吸蔵温度範囲の上限値を上回り、かつ、耐熱温度未満であると判定した場合(ステップS510におけるYES)には、ステップS512に処理を移す。一方、吸蔵温度範囲の下限値から吸水温度までの温度、および、吸蔵温度範囲の上限値から耐熱温度までの温度ではないと判定した場合(ステップS510におけるNO)には、ステップS514に処理を移す。
(Step S510)
As shown in FIG. 6, the flow path control
(ステップS512)
流路制御部194は、切替手段440を制御し、排気ガスの流路を、バイパス路420(吸水材230)を通過して、NOx吸蔵還元触媒212を通過する流路として、当該流路切替処理を終了する。
(Step S512)
The flow path control
(ステップS514)
流路制御部194は、切替手段440を制御し、排気ガスの流路を、バイパス路420(吸水材230)を通過せずに、NOx吸蔵還元触媒212を通過する流路として、当該流路切替処理を終了する。
(Step S514)
The flow path control
流路制御部194が上記ステップS510、ステップS512、ステップS514の処理を遂行することで、図7に示すように、排気ガスの温度が吸蔵温度範囲の下限値に到達するまでは、排気ガスの流路を、バイパス路420を通過せずに、NOx吸蔵還元触媒212を通過する流路とする。これにより、NOx吸蔵還元触媒212を吸蔵温度まで効率よく加熱することができる。
As shown in FIG. 7, the flow path control
そして、排気ガスの温度が吸蔵温度範囲の下限値に到達すると、流路制御部194は、排気ガスの流路をバイパス路420に切り替える。これにより、排気ガス中の水を吸水材230に吸着させることができる。
When the temperature of the exhaust gas reaches the lower limit value of the storage temperature range, the flow path control
また、排気ガスの温度が吸水温度に到達すると、流路制御部194は、排気ガスの流路を、バイパス路420を通過せずに、NOx吸蔵還元触媒212を通過する流路に切り替える。これにより、NOx吸蔵還元触媒212が吸蔵温度範囲内であるにもかかわらず、つまり、NOx吸蔵還元触媒212を冷却する必要がないにもかかわらず、吸水材230から水が放出してしまう事態を回避することができる。
When the temperature of the exhaust gas reaches the water absorption temperature, the flow path control
そして、NOx吸蔵還元触媒212が吸蔵温度範囲の上限値を上回ると、流路制御部194は、排気ガスの流路をバイパス路420に切り替える。これにより、NOx吸蔵還元触媒212を冷却することができ、NOx吸蔵還元触媒212を吸蔵温度範囲とすることが可能となる。
When the NOx
排気ガスの温度が還元温度の下限値を超え、吸水材230の耐熱温度以上になると、流路制御部194は、排気ガスの流路を、バイパス路420を通過せずに、NOx吸蔵還元触媒212を通過する流路に切り替える。これにより、吸水材230へ排気ガスが導かれる事態を回避することができ、吸水材230の劣化を防止することが可能となる。
When the temperature of the exhaust gas exceeds the lower limit value of the reduction temperature and becomes equal to or higher than the heat-resistant temperature of the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.
なお、上記実施形態において、ECU110が流路制御部194として機能する構成を例に挙げて説明した。しかし、流路制御部194は、ECU110と別体で構成されてもよい。
In the above embodiment, the configuration in which the
また、上記実施形態において、流路制御部194は、エンジン回転数、および、アクセル開度を示す信号に基づき、温度マップを参照して、排気ガスの温度を推定する構成を例に挙げて説明した。しかし、温度センサを設けておき、温度センサが排気ガスの温度を測定するとしてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the flow path control
また、上記実施形態において、流路制御部194が、三元触媒210と、第1サブ流路222の分岐箇所との間を流通する排気ガスの温度に基づいて、第1切替手段240、第2切替手段242、第3切替手段244、第4切替手段246を切替制御する構成を例に挙げて説明した。しかし、流路制御部194は、例えば、三元触媒210の上流側の排気ガスの温度に基づいて、第1切替手段240、第2切替手段242、第3切替手段244、第4切替手段246を切替制御してもよい。
Further, in the above embodiment, the flow path control
同様に、上記変形例において、流路制御部194が三元触媒210と、バイパス路420の分岐箇所との間を流通する排気ガスの温度に基づいて、切替手段440を切替制御する構成を例に挙げて説明した。しかし、流路制御部194は、例えば、三元触媒210の上流側の排気ガスの温度に基づいて、切替手段440を切替制御してもよい。
Similarly, in the above modification, an example of a configuration in which the flow path control
また、上記変形例において、流路制御部194は、NOx吸蔵還元触媒212の上流側の排気ガスの温度が、吸蔵温度範囲の上限値を上回り、耐熱温度未満である場合に、排気ガスの流路をバイパス路420に切り替える構成を例に挙げて説明した。しかし、流路制御部194は、排気ガスの温度が、耐熱温度未満の還元温度の下限値以上となったら、排気ガスの流路を排気路140に切り替えてもよい。これにより、還元温度の下限値に達している排気ガスが吸水材230によって冷却されてしまう事態を回避することができ、排気ガス中の窒素酸化物をNOx吸蔵還元触媒212で還元することが可能となる。
Further, in the above modification, the flow path control
また、上記実施形態においては、排気ガスが常にNOx吸蔵還元触媒212を通過する構成を例に挙げて説明した。しかし、エンジン120がストイキで燃焼を行っている場合、三元触媒210で窒素酸化物を除去できるため、NOx吸蔵還元触媒212を通過させずともよい。つまり、流路制御部194は、排気ガスの流路が、排気路140、三元触媒210、第3サブ流路226、排気路140となるように、第1切替手段240、第4切替手段246を切替制御してもよい。かかる構成により、NOx吸蔵還元触媒212の劣化を防止することができる。
Moreover, in the said embodiment, the structure which exhaust gas always passes the NOx
また、上記実施形態において、三元触媒210とNOx吸蔵還元触媒212とが別体で構成される場合を例に挙げて説明した。しかし、三元触媒210とNOx吸蔵還元触媒212とが1つの筐体内に配されていてもよい。
Moreover, in the said embodiment, the case where the three-
本発明は、エンジンの燃焼室から排出された排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas discharged from a combustion chamber of an engine.
120 エンジン
140 排気路
146 燃焼室
194 流路制御部(排気ガス浄化装置)
200、400 排気ガス浄化ユニット(排気ガス浄化装置)
212 NOx吸蔵還元触媒
220、420 バイパス路
222 第1サブ流路
224 第2サブ流路
226 第3サブ流路
230 吸水材
240 第1切替手段
242 第2切替手段
244 第3切替手段
246 第4切替手段
120
200, 400 Exhaust gas purification unit (exhaust gas purification device)
212 NOx
Claims (3)
前記メイン排気路から分岐され、該メイン排気路に合流するバイパス路に設けられ、前記所定の温度範囲の上限値以下の所定の吸水温度未満で水を吸着するとともに、該吸水温度以上で水を放出する吸水材と、
前記NOx吸蔵還元触媒の上流側の排気ガスの温度が前記所定の温度範囲の上限値を上回ると、該排気ガスを、前記バイパス路に配された前記吸水材に通過させた後、前記NOx吸蔵還元触媒に通過させるように、該排気ガスの流路を制御する流路制御部と、
を備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。 A NOx occlusion reduction catalyst which is provided in a main exhaust passage through which exhaust gas discharged from the combustion chamber of the engine is guided and occludes nitrogen oxides in a predetermined temperature range;
Provided in a bypass passage that branches off from the main exhaust passage and merges with the main exhaust passage, adsorbs water below a predetermined water absorption temperature below the upper limit value of the predetermined temperature range, and absorbs water above the water absorption temperature. A water absorbing material to be released;
When the temperature of the exhaust gas upstream of the NOx occlusion reduction catalyst exceeds the upper limit value of the predetermined temperature range, the exhaust gas is passed through the water absorbing material disposed in the bypass passage, and then the NOx occlusion is performed. A flow path control unit for controlling the flow path of the exhaust gas so as to pass through the reduction catalyst;
An exhaust gas purifying device comprising:
前記NOx吸蔵還元触媒の上流側の排気ガスの温度が前記所定の温度範囲内である場合、該排気ガスを、前記NOx吸蔵還元触媒に通過させた後、前記バイパス路に配された前記吸水材に通過させるように、該排気ガスの流路を制御することを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化装置。 The flow path controller
When the temperature of the exhaust gas upstream of the NOx storage reduction catalyst is within the predetermined temperature range, the exhaust gas is passed through the NOx storage reduction catalyst, and then the water absorbing material disposed in the bypass passage The exhaust gas purification device according to claim 1, wherein the exhaust gas flow path is controlled so as to pass through the exhaust gas.
前記メイン排気路における前記NOx吸蔵還元触媒の上流側から分岐され、該NOx吸蔵還元触媒の下流側に合流する第1サブ流路と、
前記第1サブ流路と、前記メイン排気路における該第1サブ流路との合流箇所の下流側とを連通させる第2サブ流路と、
前記メイン排気路における前記第1サブ流路の分岐箇所と、前記NOx吸蔵還元触媒との間から分岐され、該メイン排気路における該第1サブ流路との合流箇所の下流側に合流する第3サブ流路と、
を備え、
前記吸水材は、前記第1サブ流路における、前記第2サブ流路との連通箇所と、前記メイン排気路との合流箇所との間に設けられ、
前記メイン排気路における前記第1サブ流路の分岐箇所の上流側と、該メイン排気路における該分岐箇所の下流側、または、該第1サブ流路とを連通させるように、前記排気ガスの流路を切り替える第1切替手段と、
前記第1サブ流路における前記第2サブ流路との連通箇所の上流側と、該第1サブ流路における該連通箇所の下流側、または、該第2サブ流路とを連通させるように、前記排気ガスの流路を切り替える第2切替手段と、
前記メイン排気路における前記第1サブ流路との合流箇所の上流側と、該メイン排気路における該合流箇所の下流側、または、該第1サブ流路とを連通させるように、前記排気ガスの流路を切り替える第3切替手段と、
前記メイン排気路における前記第3サブ流路の分岐箇所の上流側と、該メイン排気路における該分岐箇所の下流側、または、該第3サブ流路とを連通させるように、前記排気ガスの流路を切り替える第4切替手段と、
を備え、
前記流路制御部は、前記第1切替手段、前記第2切替手段、前記第3切替手段、および、前記第4切替手段を切替制御することを特徴とする請求項1または2に記載の排気ガス浄化装置。 The bypass path is
A first sub-channel branched from the upstream side of the NOx storage reduction catalyst in the main exhaust passage and joined to the downstream side of the NOx storage reduction catalyst;
A second sub-flow path that communicates the first sub-flow path and a downstream side of a joining point of the first sub-flow path in the main exhaust path;
A first branch is formed between the branch point of the first sub-flow path in the main exhaust path and the NOx occlusion reduction catalyst, and joins downstream of the merge point with the first sub-flow path in the main exhaust path. Three sub-channels;
With
The water absorbing material is provided between a communication location with the second sub flow channel in the first sub flow channel and a merge location with the main exhaust channel,
The exhaust gas is connected so that the upstream side of the branch point of the first sub-flow path in the main exhaust path communicates with the downstream side of the branch point of the main exhaust path or the first sub-flow path. First switching means for switching the flow path;
The upstream side of the first sub-channel and the second sub-channel is connected to the upstream side of the communication point with the second sub-channel, and the downstream side of the communication point of the first sub-channel or the second sub-channel. Second switching means for switching the flow path of the exhaust gas;
The exhaust gas so as to communicate the upstream side of the junction with the first sub-flow path in the main exhaust path and the downstream side of the junction in the main exhaust path or the first sub-flow path. Third switching means for switching the flow path of
The exhaust gas is connected so that the upstream side of the branch point of the third sub-flow path in the main exhaust path communicates with the downstream side of the branch point of the main exhaust path or the third sub-flow path. A fourth switching means for switching the flow path;
With
3. The exhaust according to claim 1, wherein the flow path control unit performs switching control of the first switching unit, the second switching unit, the third switching unit, and the fourth switching unit. Gas purification device.
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JP2020186663A (en) * | 2019-05-13 | 2020-11-19 | 株式会社豊田中央研究所 | Exhaust emission control device |
-
2015
- 2015-03-27 JP JP2015067672A patent/JP2016186300A/en active Pending
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JP2020186663A (en) * | 2019-05-13 | 2020-11-19 | 株式会社豊田中央研究所 | Exhaust emission control device |
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