JP2017025757A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine in which a three-way catalyst and an NOx catalyst are arranged at positions appropriate to sufficiently exhibit functions of the catalysts.SOLUTION: An exhaust emission control device 2 for an engine 1 includes: an upstream catalytic converter 61 having a three-way catalyst; a downstream catalytic converter 62 that has an NOx catalyst including a carrier comprising zeolite and Pd supported on the carrier; an exhaust gas recirculation device 3 for taking out part of exhaust gas flowing in an exhaust pipe 13 to recirculate the exhaust gas in an intake pope 12 of the engine 1; and a supercharger 8 for pressurizing intake air by using exhaust gas energy. The upstream catalytic converter 61 is provided upstream of a turbine wheel 81. The downstream catalytic converter 62 is provided downstream of the upstream catalytic converter 61, the turbine wheel 81 and an exhaust taking-out section of the exhaust gas recirculation device 3.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、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.

内燃機関で発生した動力によって走行する車両には、内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置が搭載される。排気浄化装置は、排気管に設けた触媒を利用して排気を浄化するものが主流となっている。触媒は、その温度が適切な温度に達していない間は十分な排気浄化性能を発揮することができない。そこで近年では、内燃機関の始動直後における排気の浄化性能を向上する様々な技術が提案されている。   An exhaust purification device that purifies exhaust gas from an internal combustion engine is mounted on a vehicle that travels using power generated by the internal combustion engine. As the exhaust gas purification apparatus, an apparatus for purifying exhaust gas using a catalyst provided in an exhaust pipe has become the mainstream. The catalyst cannot exhibit sufficient exhaust purification performance while the temperature does not reach an appropriate temperature. Therefore, in recent years, various techniques for improving the purification performance of exhaust gas immediately after starting the internal combustion engine have been proposed.

例えば特許文献1には、始動時における内燃機関の排気の浄化に適した特性を有するNOx触媒が示されている。このNOx触媒は、ゼオライトと、このゼオライトに担持されたパラジウムと、を有することを特徴としている。特許文献1に示されたNOx触媒によれば、内燃機関の始動直後のような低温条件では排気中のNOxを吸着しておき、その後暖機によってNOx触媒の温度が上昇するに伴い、吸着しておいたNOxを還元浄化できる。   For example, Patent Document 1 discloses a NOx catalyst having characteristics suitable for purification of exhaust gas from an internal combustion engine at the time of starting. The NOx catalyst is characterized by having zeolite and palladium supported on the zeolite. According to the NOx catalyst disclosed in Patent Document 1, NOx in the exhaust is adsorbed under a low temperature condition immediately after the start of the internal combustion engine, and then adsorbed as the temperature of the NOx catalyst rises due to warm-up. NOx can be reduced and purified.

特願2014−51628号Japanese Patent Application No. 2014-51628

特許文献1に示すNOx触媒は、特に始動直後の低温条件でのNOxの排出を抑制するために用いられるため、始動から暫くした後の排気浄化を担う三元触媒と組み合わせて用いられる場合が多い。しかしながらこのようにNOx触媒と三元触媒とを組み合わせた排気浄化装置において、各々の機能が十分に発揮されるように、これら2つの触媒をどのような位置に設けるべきかについては十分に検討されていない。また、排気還流装置や過給機等の排気を利用する装置を設けた場合に、これら装置に対し上記2つの触媒をどのような位置に設けるべきかについても十分に検討されていない。   The NOx catalyst shown in Patent Document 1 is used in particular to suppress NOx emission under low-temperature conditions immediately after start-up, and is often used in combination with a three-way catalyst responsible for exhaust purification after a while from start-up. . However, in such an exhaust purification device that combines a NOx catalyst and a three-way catalyst, the position where these two catalysts should be provided has been sufficiently studied so that the respective functions can be fully exhibited. Not. In addition, when devices using exhaust gas such as an exhaust gas recirculation device and a supercharger are provided, it has not been sufficiently studied as to where the two catalysts should be provided for these devices.

本発明は、各々の機能が十分に発揮されるように適した位置に三元触媒及びNOx触媒が配置された内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which a three-way catalyst and a NOx catalyst are arranged at suitable positions so that each function can be sufficiently exhibited.

(1)本発明の内燃機関(例えば、後述のエンジン1)の排気浄化装置(例えば、後述の排気浄化装置2)は、内燃機関の排気通路(例えば、後述の排気管13)に設けられた三元触媒(例えば、後述の上流触媒コンバータ61)と、前記排気通路に設けられかつゼオライトからなる担体及び当該担体に担持されたPdを有するNOx触媒(例えば、後述の下流触媒コンバータ62)と、前記排気通路を流れる排気の一部を取り出し前記内燃機関の吸気通路に還流する排気還流装置(例えば、後述の排気還流装置3)と、を備え、前記NOx触媒は、前記三元触媒より下流側でありかつ前記排気還流装置の排気取り出し部より下流側に設けられることを特徴とする。   (1) An exhaust purification device (for example, an exhaust purification device 2 to be described later) of an internal combustion engine (for example, an engine 1 to be described later) of the present invention is provided in an exhaust passage (for example, an exhaust pipe 13 to be described later) of the internal combustion engine. A three-way catalyst (for example, an upstream catalytic converter 61 described later), a NOx catalyst (for example, a downstream catalytic converter 62 described later) provided in the exhaust passage and having a support made of zeolite and Pd supported on the support; An exhaust gas recirculation device (for example, an exhaust gas recirculation device 3 to be described later) that extracts a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage and recirculates it to the intake air passage of the internal combustion engine, and the NOx catalyst is downstream of the three-way catalyst. And provided on the downstream side of the exhaust extraction portion of the exhaust gas recirculation device.

(2)この場合、前記排気通路には、排気のエネルギーを利用して吸気を加圧する過給機(例えば、後述の過給機8)が設けられ、前記排気取り出し部及び前記NOx触媒は、前記排気通路のうち前記過給機のタービン(例えば、後述のタービンホイール81)よりも下流側に設けられることが好ましい。   (2) In this case, the exhaust passage is provided with a supercharger (for example, a supercharger 8 to be described later) that pressurizes intake air using the energy of the exhaust, and the exhaust take-out part and the NOx catalyst are It is preferable that the exhaust passage is provided downstream of the turbocharger turbine (for example, a turbine wheel 81 described later).

(3)この場合、前記三元触媒は、前記排気通路のうち前記タービンよりも上流側に設けられることが好ましい。   (3) In this case, it is preferable that the three-way catalyst is provided upstream of the turbine in the exhaust passage.

(1)本発明では、ゼオライトからなる担体及びこの担体に担持されたPdを有するNOx触媒を、排気通路のうち三元触媒より下流側に設ける。このNOx触媒は、低温時にNOxを吸着し、吸着したNOxを高温時に脱離する特性を有する。このため本発明によれば、例えば始動直後のような三元触媒が活性化する前におけるNOxをNOx触媒に吸着させることができるので、このNOxが排気浄化装置の外へ排出されるのを防止できる。   (1) In the present invention, a support made of zeolite and a NOx catalyst having Pd supported on the support are provided downstream of the three-way catalyst in the exhaust passage. This NOx catalyst has a characteristic of adsorbing NOx at a low temperature and desorbing the adsorbed NOx at a high temperature. Therefore, according to the present invention, NOx before the activation of the three-way catalyst such as immediately after startup can be adsorbed to the NOx catalyst, so that this NOx is prevented from being discharged out of the exhaust purification device. it can.

ところでこのNOx触媒のNOx吸着性能は、その温度によって変化する。より具体的には、NOx触媒は、内燃機関の始動直後等における低温時には高いNOx吸着性能を発揮するが、このNOx吸着性能は温度の上昇につれて徐々に低下する特性がある(例えば、後述の図2や図4等参照)。本発明では、NOx触媒を三元触媒よりも下流側に設けることにより、内燃機関を始動した後におけるNOx触媒の温度上昇を上流側の三元触媒よりも緩やかにできる。また本発明では、NOx触媒を排気還流装置の排気取り出し部より下流側に設けることにより、NOx触媒に流入する排気量を低減できるので、排気が流れることによるNOx触媒の温度上昇をさらに緩やかにできる。またこのようにNOx触媒の温度上昇を緩やかにすることにより、例えば内燃機関の始動を開始した後、三元触媒が活性化するよりも前に、NOx触媒の温度がそのNOx吸着性能が無くなるまで上昇してしまい、排気浄化装置全体でのNOx浄化性能が一時的に低下するのを防止できる。   By the way, the NOx adsorption performance of the NOx catalyst varies depending on the temperature. More specifically, the NOx catalyst exhibits a high NOx adsorption performance at a low temperature immediately after the start of the internal combustion engine or the like, but this NOx adsorption performance has a characteristic of gradually decreasing as the temperature rises (for example, FIG. 2 and FIG. 4 etc.). In the present invention, by providing the NOx catalyst on the downstream side of the three-way catalyst, the temperature increase of the NOx catalyst after starting the internal combustion engine can be moderated more than that of the upstream three-way catalyst. Further, in the present invention, by providing the NOx catalyst downstream from the exhaust extraction portion of the exhaust gas recirculation device, the amount of exhaust gas flowing into the NOx catalyst can be reduced, so that the temperature rise of the NOx catalyst due to exhaust gas flow can be further moderated. . In addition, by moderately increasing the temperature of the NOx catalyst in this way, for example, after starting the internal combustion engine, before the three-way catalyst is activated, until the temperature of the NOx catalyst has lost its NOx adsorption performance. It is possible to prevent the NOx purification performance of the entire exhaust gas purification apparatus from being temporarily lowered.

またNOx触媒のNOx吸着性能は、NOx触媒に吸着されているNOxの量によっても変化する。より具体的には、NOx触媒のNOx吸着効率は、NOx触媒に吸着されているNOxの量が増えるほど低下する特性がある(例えば、後述の図2や図5等参照)。本発明では、NOx触媒を排気還流装置の排気取り出し部より下流側に設けることにより、NOx触媒に流入する排気量を低減できるので、NOx触媒におけるNOx吸着量の上昇を緩やかにできる。このようにNOx触媒のNOx吸着量の上昇も緩やかにすることにより、例えば内燃機関の始動を開始した後、三元触媒が活性化するよりも前に、NOx吸着量がそのNOx吸着性能が無くなるまで上昇してしまい、排気浄化装置全体でのNOx浄化性能が一時的に低下するのを防止できる。   Further, the NOx adsorption performance of the NOx catalyst also changes depending on the amount of NOx adsorbed on the NOx catalyst. More specifically, the NOx adsorption efficiency of the NOx catalyst has a characteristic that it decreases as the amount of NOx adsorbed on the NOx catalyst increases (see, for example, FIG. 2 and FIG. 5 described later). In the present invention, by providing the NOx catalyst on the downstream side of the exhaust extraction portion of the exhaust gas recirculation device, the amount of exhaust flowing into the NOx catalyst can be reduced, so that the increase in the NOx adsorption amount in the NOx catalyst can be moderated. Thus, by gradually increasing the NOx adsorption amount of the NOx catalyst, for example, after starting the internal combustion engine, the NOx adsorption amount loses its NOx adsorption performance before the three-way catalyst is activated. It is possible to prevent the NOx purification performance of the entire exhaust gas purification apparatus from temporarily decreasing.

(2)本発明では、排気還流装置の排気取り出し部及びNOx触媒を、過給機のタービンよりも下流側に設ける。すなわち、排気還流装置として所謂低圧型の排気還流装置を用いる。これにより、タービンの下流側の排気温度がさらに低下するので、NOx触媒の温度上昇をさらに緩やかにできる。   (2) In this invention, the exhaust extraction part and NOx catalyst of an exhaust gas recirculation apparatus are provided in the downstream rather than the turbine of a supercharger. That is, a so-called low-pressure exhaust gas recirculation device is used as the exhaust gas recirculation device. As a result, the exhaust temperature on the downstream side of the turbine further decreases, so that the temperature increase of the NOx catalyst can be further moderated.

(3)本発明では、三元触媒をタービンより上流側に設ける。これにより、内燃機関の始動を開始した後、三元触媒が活性化されるまでにかかる時間を短くできる。したがって、三元触媒が活性化するよりも前に、NOx触媒のNOx吸着性能が低下してしまい、排気浄化装置全体でのNOx浄化性能が一時的に低下するのを防止できる。   (3) In the present invention, the three-way catalyst is provided upstream of the turbine. Thereby, after starting the internal combustion engine, the time taken to activate the three-way catalyst can be shortened. Therefore, it is possible to prevent the NOx adsorption performance of the NOx catalyst from being lowered before the three-way catalyst is activated, and the NOx purification performance in the entire exhaust gas purification apparatus to be temporarily lowered.

本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化装置の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of an engine and an exhaust purification device thereof according to an embodiment of the present invention. NOx触媒におけるNOxの吸着、脱離挙動を示す図である。It is a figure which shows the adsorption | suction and desorption behavior of NOx in a NOx catalyst. NOx触媒におけるNOxの吸着量と脱離量とを比較する図である。It is a figure which compares the adsorption amount and desorption amount of NOx in a NOx catalyst. NOx触媒におけるNOx吸着率と、NOx触媒の温度やNOx吸着量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the NOx adsorption rate in a NOx catalyst, the temperature of a NOx catalyst, and NOx adsorption amount. NOx触媒の温度を所定の温度で固定したときにおけるNOx吸着率のNOx吸着量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the NOx adsorption amount of the NOx adsorption rate when the temperature of the NOx catalyst is fixed at a predetermined temperature. 始動時NOx浄化処理の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of a NOx purification process at the time of starting. 上記実施形態の排気浄化装置の効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of the exhaust gas purification apparatus of the said embodiment.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る内燃機関(以下、「エンジン」という)1及びその排気を浄化する排気浄化装置2の構成を示す図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 and an exhaust purification device 2 for purifying exhaust thereof according to the present embodiment.

エンジン1には、吸気が流れる吸気管12と、排気が流れる排気管13と、排気管13内の排気の一部を取り出し、これをEGRガスとして吸気管12に還流する排気還流装置3と、触媒の機能を利用して排気を浄化する触媒浄化装置6と、排気の運動エネルギーを利用して吸気を加圧する過給機8と、エンジン1、排気還流装置3、及び過給機8を制御する電子制御ユニット(以下、「ECU」という)5と、が設けられている。   The engine 1 includes an intake pipe 12 through which intake air flows, an exhaust pipe 13 through which exhaust gas flows, and an exhaust gas recirculation device 3 that extracts a part of the exhaust gas in the exhaust pipe 13 and recirculates the exhaust gas as EGR gas to the intake pipe 12; Controls a catalyst purification device 6 that purifies exhaust using the function of the catalyst, a supercharger 8 that pressurizes intake air using the kinetic energy of the exhaust, an engine 1, an exhaust gas recirculation device 3, and a supercharger 8. An electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 5 is provided.

エンジン1は、燃焼空燃比をストイキよりもリーンとする所謂リーン燃焼を基本としたもの、より具体的にはディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンなどである。エンジン1には、各シリンダに燃料を噴射する燃料噴射弁17が設けられている。この燃料噴射弁17を駆動するアクチュエータは、ECU5に電磁的に接続されている。ECU5は、図示しない燃料噴射制御の下で燃料噴射弁17からの燃料噴射量や燃料噴射時期を決定し、これが実現されるように燃料噴射弁17を駆動する。   The engine 1 is based on so-called lean combustion in which the combustion air-fuel ratio is leaner than stoichiometric, more specifically, a diesel engine, a lean burn gasoline engine, or the like. The engine 1 is provided with a fuel injection valve 17 that injects fuel into each cylinder. The actuator that drives the fuel injection valve 17 is electromagnetically connected to the ECU 5. The ECU 5 determines the fuel injection amount and fuel injection timing from the fuel injection valve 17 under fuel injection control (not shown), and drives the fuel injection valve 17 so that this is realized.

過給機8は、排気管13に設けられたタービンホイール81と、吸気管12に設けられたコンプレッサホイール82と、これらタービンホイール81とコンプレッサホイール82とを連結するシャフト83と、を備える。タービンホイール81は、エンジン1から排出された排気が吹き付けられることで回転駆動する。コンプレッサホイール82は、タービンホイール81により回転駆動され、エンジン1の吸気を加圧し吸気管12内へ圧送する。   The supercharger 8 includes a turbine wheel 81 provided in the exhaust pipe 13, a compressor wheel 82 provided in the intake pipe 12, and a shaft 83 that connects the turbine wheel 81 and the compressor wheel 82. The turbine wheel 81 is rotationally driven by blowing exhaust discharged from the engine 1. The compressor wheel 82 is rotationally driven by the turbine wheel 81 to pressurize the intake air of the engine 1 and pump it into the intake pipe 12.

排気還流装置3は、排気管13と吸気管12とを連通するEGR管31と、EGR管31を通流する排気の量を調整するEGRバルブ32と、を備える。この排気還流装置3は、EGR管31と排気管13とが接続する部分、すなわち排気の取り出し部をタービンホイール81よりも下流側とし、EGR管31と吸気管12とが接続する部分、すなわち排気の戻し部をコンプレッサホイール82よりも上流側とする、所謂低圧型の排気還流装置である。   The exhaust gas recirculation device 3 includes an EGR pipe 31 that connects the exhaust pipe 13 and the intake pipe 12, and an EGR valve 32 that adjusts the amount of exhaust gas flowing through the EGR pipe 31. The exhaust gas recirculation device 3 includes a portion where the EGR pipe 31 and the exhaust pipe 13 are connected, that is, a portion where the exhaust extraction portion is located downstream of the turbine wheel 81, and a portion where the EGR pipe 31 and the intake pipe 12 are connected, ie, the exhaust gas. This is a so-called low-pressure type exhaust gas recirculation device in which the return portion is upstream of the compressor wheel 82.

EGRバルブ32は、EGR管31内で開閉可能に設けられた電磁弁であり、アクチュエータ33を介してECU5に接続されている。EGRバルブ32の開度は、図示しないバッテリからアクチュエータ33に供給される駆動電流をECU5で調整することによって制御される。ECU5は、エンジン1の運転状態に応じて目標EGR率及びこの目標EGR率に応じたEGRバルブ32の開度を決定し、この開度が実現されるように駆動電流のデューティ比を決定する。このEGRバルブ32の制御の詳細については説明を省略する。   The EGR valve 32 is an electromagnetic valve that can be opened and closed in the EGR pipe 31 and is connected to the ECU 5 via an actuator 33. The opening degree of the EGR valve 32 is controlled by adjusting the drive current supplied from the battery (not shown) to the actuator 33 by the ECU 5. The ECU 5 determines the target EGR rate and the opening of the EGR valve 32 according to the target EGR rate in accordance with the operating state of the engine 1, and determines the duty ratio of the drive current so that the opening is realized. The details of the control of the EGR valve 32 will be omitted.

触媒浄化装置6は、それぞれ排気管13に設けられた上流触媒コンバータ61、下流触媒コンバータ62及び排気温度センサ63を含んで構成される。   The catalyst purification device 6 includes an upstream catalytic converter 61, a downstream catalytic converter 62, and an exhaust temperature sensor 63 that are provided in the exhaust pipe 13, respectively.

上流触媒コンバータ61は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材に三元触媒を担持して構成される。三元触媒では、ストイキ空燃比の排気の下においては、三元浄化反応、すなわちHC及びCOの酸化反応とNOxの還元反応とが同時に進行する。また三元触媒では、リーン空燃比の排気の下においては、HC及びCOの酸化反応が進行する。エンジン1の始動開始後、できるだけ速やかに三元触媒が活性化されるように、上流触媒コンバータ61は、排気管13のうちタービンホイール81より上流側に設けられる。   The upstream catalytic converter 61 is configured by supporting a three-way catalyst on a base material of a flow-through type honeycomb structure. In a three-way catalyst, under a stoichiometric exhaust ratio, a three-way purification reaction, that is, an oxidation reaction of HC and CO and a reduction reaction of NOx proceed simultaneously. In the three-way catalyst, the oxidation reaction of HC and CO proceeds under a lean air-fuel ratio exhaust. The upstream catalytic converter 61 is provided on the upstream side of the turbine wheel 81 in the exhaust pipe 13 so that the three-way catalyst is activated as soon as possible after the start of the engine 1.

下流触媒コンバータ62は、排気管11のうち上流触媒コンバータ61より下流側に設けられる。下流触媒コンバータ62は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材にNOx触媒を担持して構成される。NOx触媒は、ゼオライトからなる担体と、この担体に担持されたPdと、を含んで構成される。このNOx触媒は、例えばエンジン1の始動直後の比較的低温の条件下(より具体的には、例えば上流触媒コンバータ61の三元触媒が活性温度に達する前)において、三元触媒で浄化しきれなかったNOxを吸着し、還元浄化する機能を有する。下流触媒コンバータ62は、以下で詳細に説明するNOx触媒の特性を考慮して、排気管13のうち上流触媒コンバータ61、タービンホイール81、及び排気還流装置3の排気取り出し部よりも下流側に設けられる。   The downstream catalytic converter 62 is provided downstream of the upstream catalytic converter 61 in the exhaust pipe 11. The downstream catalytic converter 62 has a flow-through honeycomb structure as a base material, and a NOx catalyst is supported on the base material. The NOx catalyst includes a support made of zeolite and Pd supported on the support. The NOx catalyst can be completely purified by the three-way catalyst, for example, under relatively low temperature conditions immediately after the engine 1 is started (more specifically, for example, before the three-way catalyst of the upstream catalytic converter 61 reaches the activation temperature). It has the function of adsorbing and reducing and purifying NOx that was not present. The downstream catalytic converter 62 is provided downstream of the exhaust catalytic converter 61, the turbine wheel 81, and the exhaust gas extraction portion of the exhaust gas recirculation device 3 in the exhaust pipe 13 in consideration of the characteristics of the NOx catalyst described in detail below. It is done.

上記NOx触媒のゼオライトは、ストイキ又はリッチ空燃比の排気の下において、排気中に含まれるHCを低温条件下でその骨格中の細孔内に取り込んで吸着し、吸着したHCを高温条件下で脱離する特性を有する。HCの脱離が開始されるHC脱離温度は、後述するPdからNOxが脱離し始めるNOx脱離温度とほぼ等しい。   The zeolite of the NOx catalyst, under stoichiometric or rich air-fuel ratio exhaust, takes and adsorbs HC contained in the exhaust into the pores in the skeleton under low temperature conditions, and adsorbs the adsorbed HC under high temperature conditions. Has the property of desorption. The HC desorption temperature at which HC desorption starts is substantially equal to the NOx desorption temperature at which NOx begins to desorb from Pd described later.

ゼオライトとしては、ZSM−5、フェリエライト、モルデナイト、Y型ゼオライト、ベータ型ゼオライト、CHA型ゼオライトが挙げられる。本実施形態では、これらのうち何れかを単独で用いてもよいし、複数を併用してもよい。このようなゼオライトにPdを担持させることにより、優れたNOx吸着性能が発現する。   Zeolite includes ZSM-5, ferrierite, mordenite, Y-type zeolite, beta-type zeolite, and CHA-type zeolite. In the present embodiment, any of these may be used alone, or a plurality of them may be used in combination. By supporting Pd on such a zeolite, excellent NOx adsorption performance is exhibited.

ここで、通常、ゼオライトは、NOとして供給されたNOxをその細孔内に吸着する特性を有する。そのため、主として排気中のNOxを構成するNOをNOに変換するためには、排気をリーンにし、高酸素濃度かつ高温雰囲気下にし、さらにPt等の活性種が必要となる。これに対して、本実施形態のNOx触媒は、担体のゼオライトにPdを担持させることで、低温条件下で排気の空燃比がストイキ又はリッチのときにおいても優れたNOx吸着性能を発揮する。その理由は次の通りである。 Here, usually, zeolite has a characteristic of adsorbing NOx supplied as NO 2 in its pores. Therefore, in order to convert NO, which mainly constitutes NOx in the exhaust gas, to NO 2 , the exhaust gas is made lean, has a high oxygen concentration and a high temperature atmosphere, and further requires active species such as Pt. On the other hand, the NOx catalyst of this embodiment exhibits excellent NOx adsorption performance even when the air-fuel ratio of the exhaust is stoichiometric or rich under low temperature conditions by supporting Pd on the support zeolite. The reason is as follows.

すなわち、NOx触媒では、Pdは、ゼオライトを構成するAl、Si及びOのうち、酸点であるAlの近傍に配置される。そのため、Pdは、Alとの相互作用によって電子状態が変化し、2価のPd2+として存在する。この2価のPd2+は、従来のゼオライトのNOx吸着とは異なり、NOを酸化してNOとするまでもなくNOをそのまま吸着する特性を有する。これにより、NOx触媒は、低温条件下で排気の空燃比がストイキ又はリッチのときにおいても、優れたNOx吸着性能が得られるようになっている。 That is, in the NOx catalyst, Pd is arranged in the vicinity of Al which is an acid point among Al, Si and O constituting the zeolite. Therefore, Pd is present as divalent Pd 2+ because its electronic state is changed by the interaction with Al. Unlike the conventional NOx adsorption of zeolite, this divalent Pd 2+ has a characteristic of adsorbing NO as it is without oxidizing NO to NO 2 . As a result, the NOx catalyst can obtain excellent NOx adsorption performance even when the air-fuel ratio of the exhaust is stoichiometric or rich under low temperature conditions.

NOx触媒全体に対するPdの含有量は、0.01〜10質量%であることが好ましい。Pdの含有量がこの範囲内であれば、優れたNOx吸着性能が得られる。より好ましい含有量は、0.1〜3質量%である。   The content of Pd with respect to the entire NOx catalyst is preferably 0.01 to 10% by mass. If the content of Pd is within this range, excellent NOx adsorption performance can be obtained. A more preferable content is 0.1 to 3% by mass.

またNOx触媒としては、上述のようにゼオライトからなる担体にPdを担持したものに限らない。上記Pdに加えて、Fe、Ce、Pr、Sr、Ba、La、Ga、In及びMnからなる群より選択される少なくとも1種の添加元素をゼオライトに共担持させてもよい。すなわち、Pdの間に、Ce、Pr、Sr、Ba、La、Ga、In及びMnからなる群より選択される少なくとも1種の添加元素が介在することで、2価のPd2+が0価のPdに還元されるのが抑制されるとともに、Pdの移動及び凝集が抑制されるため、Pdの分散性の悪化が抑制される。したがって、このようなNOx触媒によれば、優れたNOx吸着性能が維持され、低酸素濃度雰囲気における耐熱性が向上する。 Further, the NOx catalyst is not limited to a catalyst in which Pd is supported on a support made of zeolite as described above. In addition to the above Pd, at least one additive element selected from the group consisting of Fe, Ce, Pr, Sr, Ba, La, Ga, In and Mn may be co-supported on the zeolite. That is, at least one additive element selected from the group consisting of Ce, Pr, Sr, Ba, La, Ga, In, and Mn is interposed between Pd, so that divalent Pd 2+ is zero-valent. Reduction to Pd 0 is suppressed, and movement and aggregation of Pd are suppressed, so that deterioration of dispersibility of Pd is suppressed. Therefore, according to such a NOx catalyst, excellent NOx adsorption performance is maintained, and heat resistance in a low oxygen concentration atmosphere is improved.

図2は、上記NOx触媒におけるNOxの吸着、脱離挙動を示す図である。この図2は、下記に示すような組成のモデルガスをNOx触媒に供給し、NOx触媒を酸素過剰雰囲気(酸素過剰率λ=2)に維持しながら、NOx触媒に流入するガスのNOx濃度及びNOx触媒の温度を変化させた場合における、NOx触媒から流出するガスのNOx濃度を示す。図2中、横軸は時間(秒)であり、右縦軸はNOx触媒の温度[℃]であり、左縦軸はNOx濃度[ppm]である。   FIG. 2 is a diagram showing NOx adsorption and desorption behavior in the NOx catalyst. This FIG. 2 shows that the model gas having the composition shown below is supplied to the NOx catalyst, and the NOx concentration of the gas flowing into the NOx catalyst and the NOx catalyst are maintained in an oxygen-excess atmosphere (oxygen excess ratio λ = 2). The NOx concentration of the gas flowing out from the NOx catalyst when the temperature of the NOx catalyst is changed is shown. In FIG. 2, the horizontal axis represents time (seconds), the right vertical axis represents the temperature of the NOx catalyst [° C.], and the left vertical axis represents the NOx concentration [ppm].

モデルガスは、COを1000ppmで一定とし、Oを0.1%で一定とし、NOを所定の態様で変化させるとともに、Nをバランスガスとすることで全体の酸素過剰率λ=2とした。ここで、NOx触媒に流入するモデルガスのNOx濃度は、図2において破線で示すように、モデルガスの供給開始から約200秒を経過するまでの間では0より大きな所定値とし、これ以降は0とした。またNOx触媒の温度は、図2において一点鎖線で示すようにモデルガスの供給開始から約1200秒を経過するまでの間では約50℃で一定とし、約1200秒を経過した後は約500℃に達するまで徐々に上昇させた。なお約400〜1000秒までの間ではNOx濃度やNOx触媒の温度等にほとんど変化がないため、図2ではこれらの間の図示を省略する。 In the model gas, CO is constant at 1000 ppm, O 2 is constant at 0.1%, NO is changed in a predetermined manner, and N 2 is used as a balance gas, so that the total oxygen excess ratio λ = 2. did. Here, the NOx concentration of the model gas flowing into the NOx catalyst is set to a predetermined value larger than 0 until about 200 seconds have elapsed from the start of supply of the model gas, as indicated by a broken line in FIG. 0. Further, the temperature of the NOx catalyst is constant at about 50 ° C. until about 1200 seconds from the start of supply of the model gas, as shown by a one-dot chain line in FIG. 2, and about 500 ° C. after about 1200 seconds. Gradually increased until it reached. In addition, since there is almost no change in the NOx concentration, the temperature of the NOx catalyst, etc. between about 400 and 1000 seconds, the illustration between these is omitted in FIG.

図2に示すように、NOx触媒が50℃の低温の状態で且つNOxを含むモデルガスをNOx触媒に供給し始めてから約200秒経過するまでの間では、NOx触媒から流出するガスのNOx濃度(実線)はNOx触媒に流入するガスのNOx濃度(破線)よりも低い。特に、モデルガスの供給を開始した直後(0〜100秒程度)においては、NOx触媒から流出する排気中のNOx濃度はほぼ0ppmである。これは、NOx触媒に流入するガス中に含まれるNOx(NO)のほぼ全てがNOx触媒に吸着されていることを意味する。この結果から、下流触媒コンバータのNOx触媒は、上流触媒コンバータの三元触媒が活性に達する前の50℃の低温条件下においてNOx(NO)を効率良く吸着可能であることが分かる。   As shown in FIG. 2, the NOx concentration of the gas flowing out from the NOx catalyst is about 200 seconds after the NOx catalyst is in a low temperature of 50 ° C. and the model gas containing NOx starts to be supplied to the NOx catalyst. (Solid line) is lower than the NOx concentration (broken line) of the gas flowing into the NOx catalyst. In particular, immediately after the supply of the model gas is started (about 0 to 100 seconds), the NOx concentration in the exhaust gas flowing out from the NOx catalyst is approximately 0 ppm. This means that almost all NOx (NO) contained in the gas flowing into the NOx catalyst is adsorbed by the NOx catalyst. From this result, it is understood that the NOx catalyst of the downstream catalytic converter can efficiently adsorb NOx (NO) under a low temperature condition of 50 ° C. before the three-way catalyst of the upstream catalytic converter reaches the activity.

モデルガスの供給を開始してから約200秒が経過するまでの間において、NOx触媒から流出するガス中のNOx濃度は徐々に上昇し、NOx触媒に流入するガスのNOx濃度とほぼ同等になる(図2中の200秒付近を参照)。これは、NOx触媒で吸着できるNOxの量には限界があり、またNOx触媒に吸着されているNOx量がこの限界量に近付くにつれてNOxが吸着しにくくなる(NOx吸着率の低下)ことを意味する。すなわち、約200秒が経過した時点では、NOx触媒にはほぼ限界量に近い量のNOxが吸着されている。また、図2中の領域Tadの面積は、NOx触媒が吸着したNOxの総量(すなわち、NOx吸着量)を表している。   The NOx concentration in the gas flowing out from the NOx catalyst gradually increases until approximately 200 seconds elapse after the supply of the model gas starts, and becomes substantially equal to the NOx concentration of the gas flowing into the NOx catalyst. (See around 200 seconds in FIG. 2). This means that there is a limit to the amount of NOx that can be adsorbed by the NOx catalyst, and as the amount of NOx adsorbed to the NOx catalyst approaches this limit amount, NOx becomes difficult to adsorb (decrease in the NOx adsorption rate). To do. That is, when about 200 seconds have elapsed, the NOx catalyst has adsorbed an amount of NOx that is almost close to the limit amount. Further, the area of the region Tad in FIG. 2 represents the total amount of NOx adsorbed by the NOx catalyst (that is, the NOx adsorption amount).

約200秒が経過した時点でモデルガスのNOx濃度を0ppmまで低下させると、これに応じてNOx触媒から流出するガスのNOx濃度も直ちに0ppmまで低下する。またこれ以降、図2に示すように、NOx触媒から流出するガスのNOx濃度は、ほぼ0ppmである。すなわちNOx触媒は、0〜200秒の間にNOx触媒に吸着したNOxを、酸素過剰雰囲気下において保持し続ける機能を有する。   When the NOx concentration of the model gas is reduced to 0 ppm when about 200 seconds have elapsed, the NOx concentration of the gas flowing out from the NOx catalyst is immediately reduced to 0 ppm accordingly. Thereafter, as shown in FIG. 2, the NOx concentration of the gas flowing out from the NOx catalyst is approximately 0 ppm. That is, the NOx catalyst has a function of continuously holding NOx adsorbed on the NOx catalyst in 0 to 200 seconds in an oxygen-excess atmosphere.

またNOx濃度を0ppmまで低下させた後、約1200〜2500秒までの間でほぼ一定の速度でNOx触媒の温度を上昇させる。この際、NOx触媒から流出するガスのNOx濃度は、図2に示すように約1800秒において0ppmから増加し始め、約2300秒において再び0ppmに戻る。なお、NOx触媒の温度は、約1800秒においては約250℃であり、約2300秒においては約450℃である。これは、NOx触媒に吸着されていたNOxは、NOx触媒の温度が約250℃を超えてから450℃を超えるまでの間に脱離したことを意味する。以下では、このようにNOx触媒に吸着されていたNOxの脱離が開始する温度(図2の例では、約250℃)をNOxの脱離温度という。なおこの際、NOx触媒から脱離するNOxは、ほぼ全てNOであり、NOやNOはほとんど観測されなかった。また図2中の領域Tdesの面積は、NOx触媒から脱離したNOxの総量(すなわち、NOx脱離量)を表している。 Further, after the NOx concentration is reduced to 0 ppm, the temperature of the NOx catalyst is increased at a substantially constant rate between about 1200 and 2500 seconds. At this time, the NOx concentration of the gas flowing out from the NOx catalyst starts to increase from 0 ppm in about 1800 seconds as shown in FIG. 2, and returns to 0 ppm again in about 2300 seconds. Note that the temperature of the NOx catalyst is about 250 ° C. for about 1800 seconds and about 450 ° C. for about 2300 seconds. This means that the NOx adsorbed on the NOx catalyst was desorbed between the time when the temperature of the NOx catalyst exceeded about 250 ° C. and the time when it exceeded 450 ° C. Hereinafter, the temperature at which the desorption of NOx adsorbed on the NOx catalyst starts (about 250 ° C. in the example of FIG. 2) is referred to as the NOx desorption temperature. At this time, almost all NOx desorbed from the NOx catalyst was NO, and almost no NO 2 or N 2 O was observed. The area of the region Tdes in FIG. 2 represents the total amount of NOx desorbed from the NOx catalyst (that is, the NOx desorption amount).

図3は、NOx触媒におけるNOxの吸着量と脱離量とを比較する図である。図3において、NOx吸着量及びNOx脱離量はそれぞれ所定の空気過剰率のモデルガスを用いて図2と同様の手順に従ってNOx濃度及び温度を変化させる試験を行うことによって取得した。図3の左側は酸素過剰率λ=2のガスを用いて取得した結果であり、図3の右側は酸素過剰率λ=0.9のガスを用いて取得した結果である。   FIG. 3 is a diagram comparing the NOx adsorption amount and desorption amount in the NOx catalyst. In FIG. 3, the NOx adsorption amount and the NOx desorption amount were obtained by performing tests for changing the NOx concentration and temperature in accordance with the same procedure as in FIG. 2 using a model gas having a predetermined excess air ratio. The left side of FIG. 3 is a result obtained using a gas having an oxygen excess ratio λ = 2, and the right side of FIG. 3 is a result obtained using a gas having an oxygen excess ratio λ = 0.9.

図3の左側に示すように、酸素過剰雰囲気(λ=2)のモデルガスの下では、NOx脱離量はNOx吸着量とほぼ等しい。すなわち酸素過剰雰囲気では、低温時にNOx触媒に吸着されたNOxは、約500℃まで昇温するとほぼ全てがそのまま脱離する。   As shown on the left side of FIG. 3, under the model gas in an oxygen-excess atmosphere (λ = 2), the NOx desorption amount is almost equal to the NOx adsorption amount. That is, in an oxygen-excess atmosphere, almost all NOx adsorbed on the NOx catalyst at a low temperature is desorbed as it is when the temperature is raised to about 500 ° C.

一方、図3の右側に示すように、λ=0.9のモデルガスの下では、NOx吸着量はλ=2の場合とほぼ同じであるにもかかわらず、NOx脱離量はこのNOx吸着量よりも大幅に減少する。すなわち還元雰囲気では、低温時にNOx触媒に吸着されたNOxは、約500℃まで昇温する過程でほぼ全てが脱離するとともにNに還元浄化する。これはすなわち、NOx触媒は、λが1以下の適正な空燃比の排気の下では、排気中に含まれるHC及びCOや、上述のようにゼオライトに吸着されていたHCを還元剤として、脱離したNOxを還元浄化する機能があることを意味する。 On the other hand, as shown on the right side of FIG. 3, under the model gas of λ = 0.9, the NOx adsorption amount is almost the same as that of λ = 2, but the NOx desorption amount is the NOx adsorption amount. Significantly less than the amount. That is, in the reducing atmosphere, almost all of the NOx adsorbed on the NOx catalyst at a low temperature is desorbed and reduced to N 2 while being heated to about 500 ° C. In other words, the NOx catalyst desorbs HC and CO contained in the exhaust and HC adsorbed on the zeolite as described above as a reducing agent under an appropriate air-fuel ratio exhaust with λ of 1 or less. It means that there is a function to reduce and purify the separated NOx.

図4は、NOx触媒におけるNOx吸着率と、NOx触媒の温度やNOx吸着量との関係を示す図である。NOx吸着率は、NOx触媒に流入するNOxの総量のうちNOx触媒に吸着されるNOxの量の割合で定義される。またNOx吸着量は、NOxに吸着されているNOxの量で定義される。図4に示すように、NOx吸着率は、NOx触媒の温度が高くなるほど低下する特性があり、所定のNOx脱離温度を超えると0になる。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the NOx adsorption rate in the NOx catalyst, the temperature of the NOx catalyst, and the NOx adsorption amount. The NOx adsorption rate is defined as the ratio of the amount of NOx adsorbed to the NOx catalyst out of the total amount of NOx flowing into the NOx catalyst. The NOx adsorption amount is defined by the amount of NOx adsorbed by NOx. As shown in FIG. 4, the NOx adsorption rate has a characteristic of decreasing as the temperature of the NOx catalyst increases, and becomes 0 when exceeding a predetermined NOx desorption temperature.

図5は、NOx触媒の温度を所定の温度で固定したときにおけるNOx吸着率とNOx吸着量との関係を示す図である。図5に示すように、NOx触媒に吸着されているNOxの量が増加するほど新たなNOxが吸着されにくくなるため、NOx吸着率は、NOx吸着量が増加するほど低くなる。このため、NOx触媒におけるNOx吸着率を高く維持するためには、NOx吸着量はできるだけ少なく維持する方が好ましい。またNOx触媒において吸着できるNOxの量には限界があり、NOx吸着量がこの最大値を超えると新たなNOxを吸着することができなくなる。   FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the NOx adsorption rate and the NOx adsorption amount when the temperature of the NOx catalyst is fixed at a predetermined temperature. As shown in FIG. 5, as the amount of NOx adsorbed on the NOx catalyst increases, it becomes more difficult for new NOx to be adsorbed. Therefore, the NOx adsorption rate decreases as the NOx adsorption amount increases. For this reason, in order to keep the NOx adsorption rate in the NOx catalyst high, it is preferable to keep the NOx adsorption amount as small as possible. Further, there is a limit to the amount of NOx that can be adsorbed by the NOx catalyst, and when the NOx adsorption amount exceeds this maximum value, new NOx cannot be adsorbed.

図1に戻り、排気温度センサ63は、排気管13のうち下流触媒コンバータ62より下流側に設けられる。この排気温度センサ63は、下流触媒コンバータ62から流出する排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をECU5に送信する。上流触媒コンバータ61の三元触媒の温度や、下流触媒コンバータ62のNOx触媒の温度は、例えば、排気温度センサ63の出力に基づいて、ECU5における演算によって推定される。   Returning to FIG. 1, the exhaust temperature sensor 63 is provided on the downstream side of the downstream catalytic converter 62 in the exhaust pipe 13. The exhaust temperature sensor 63 detects the temperature of the exhaust gas flowing out from the downstream catalytic converter 62 and transmits a signal substantially proportional to the detected value to the ECU 5. The temperature of the three-way catalyst of the upstream catalytic converter 61 and the temperature of the NOx catalyst of the downstream catalytic converter 62 are estimated by calculation in the ECU 5 based on the output of the exhaust temperature sensor 63, for example.

ECU5は、センサの検出信号をA/D変換するI/Oインターフェース、後述の図6等に示すフローチャートに沿った処理を実行するCPU、この処理の下で決定した態様で各種デバイスを駆動する駆動回路、及び各種データを記憶するRAMやROM等で構成されるマイクロコンピュータである。   The ECU 5 is an I / O interface for A / D converting sensor detection signals, a CPU for executing processing in accordance with a flowchart shown in FIG. 6 and the like described later, and driving for driving various devices in a mode determined under this processing. It is a microcomputer composed of a circuit, a RAM, a ROM and the like for storing various data.

図6は、始動直後のエンジンから排出されるNOxを浄化する始動時NOx浄化処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図6の始動時NOx浄化処理は、始動直後のエンジンの排気中に含まれるNOxを一旦NOx触媒に吸着しておき、その後所定のタイミングでNOxパージ制御を実行することにより、吸着しておいたNOxをNOx触媒上で還元浄化する。図6の処理は、エンジンを始動させたり停止させたりするイグニッションスイッチ(図示せず)がオンにされたことに応じて、ECUにおいて所定の制御周期の下で繰り返し実行される。   FIG. 6 is a flowchart showing a specific procedure of start-up NOx purification processing for purifying NOx discharged from the engine immediately after start-up. In the start-up NOx purification process of FIG. 6, NOx contained in the exhaust of the engine immediately after start-up is once adsorbed to the NOx catalyst and then adsorbed by executing NOx purge control at a predetermined timing. NOx is reduced and purified on the NOx catalyst. The process in FIG. 6 is repeatedly executed in the ECU under a predetermined control cycle in response to turning on an ignition switch (not shown) that starts and stops the engine.

S1では、ECUは、パージ制御完了フラグが1であるか否かを判定する。このパージ制御完了フラグは、エンジンを始動してから1回目のNOxパージ制御が完了したことを示すフラグである。この完了フラグは、エンジンの始動直後には0にセットされ、後述のS8において、所定時間にわたってNOxパージ制御が実行されたことに応じて1にセットされる。ECUは、S1の判定がNOである場合にはS3に移り、YESである場合には図6の処理を直ちに終了する。   In S1, the ECU determines whether or not a purge control completion flag is 1. This purge control completion flag is a flag indicating that the first NOx purge control has been completed since the engine was started. The completion flag is set to 0 immediately after the engine is started, and is set to 1 in S8 described later in response to the execution of the NOx purge control over a predetermined time. If the determination in S1 is NO, the ECU proceeds to S3, and if the determination is YES, the ECU immediately ends the process in FIG.

S3では、ECUは、排気温度センサの出力に基づいて、NOx触媒の温度(以下では単に「触媒温度」という)を算出し、S4に移る。S4では、ECUは、S3で取得した触媒温度がNOx触媒の脱離温度より高いか否か、すなわちエンジンの始動直後に吸着したNOxがNOx触媒から脱離する時期であるか否かを判定する。   In S3, the ECU calculates the temperature of the NOx catalyst (hereinafter simply referred to as “catalyst temperature”) based on the output of the exhaust temperature sensor, and proceeds to S4. In S4, the ECU determines whether or not the catalyst temperature acquired in S3 is higher than the desorption temperature of the NOx catalyst, that is, whether or not it is time for NOx adsorbed immediately after the engine starts to desorb from the NOx catalyst. .

S4の判定がYESである場合、ECUは、S5に移り、始動時に吸着したNOxが脱離する時期に合わせて、NOx触媒に流入する排気の空燃比をストイキ又はリッチに制御するNOxパージ制御を実行し、S7に移る。ここでNOx触媒に流入する排気の空燃比は、例えばアフター噴射を行うことによってエンジンの燃焼室における空燃比をストイキ又はリッチにしたり、ポスト噴射を行い排気管内へ未燃燃料を供給したりすることによってストイキ又はリッチに制御される。これにより、NOx触媒から脱離するNOxは、このNOx触媒上で還元浄化される。   If the determination in S4 is YES, the ECU proceeds to S5, and performs NOx purge control for controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst to be stoichiometric or rich in accordance with the timing at which NOx adsorbed at the start is desorbed. Execute and move to S7. Here, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is, for example, making the air-fuel ratio in the combustion chamber of the engine stoichiometric or rich by performing after injection, or performing post injection to supply unburned fuel into the exhaust pipe. Is controlled to be stoichiometric or rich. Thereby, NOx desorbed from the NOx catalyst is reduced and purified on the NOx catalyst.

S7では、ECUは、上記S5のパージ制御を実行した時間を計測するパージタイマの値が0であるか否かを判定する。このパージタイマの値は、エンジンの始動直後は0より大きな所定の初期値に設定され、最小値を0として後述のS9の処理において制御周期ごとに経過時間分だけ減算される。したがって、パージタイマの値が0である状態とは、エンジンを始動してから、その初期値に相当する時間にわたってパージ制御が実行されたことを意味する。S7の判定がYESである場合、ECUは、S8に移り、パージ制御完了フラグの値を1にし、図6の処理を終了する。   In S7, the ECU determines whether or not the value of the purge timer that measures the time during which the purge control in S5 is executed is zero. The value of the purge timer is set to a predetermined initial value greater than 0 immediately after the engine is started, and is set to 0 as the minimum value, and is subtracted by the elapsed time for each control cycle in the process of S9 described later. Therefore, the state where the value of the purge timer is 0 means that the purge control has been executed for a time corresponding to the initial value after starting the engine. If the determination in S7 is YES, the ECU moves to S8, sets the value of the purge control completion flag to 1, and ends the process of FIG.

S7の判定がNOである場合、ECUは、S9に移り、パージタイマの値を更新し、図6の処理を終了する。より具体的には、パージタイマの前回値から、図6の制御周期に相当する時間を減算することによってパージタイマの値を更新する。   If the determination in S7 is NO, the ECU moves to S9, updates the value of the purge timer, and ends the process of FIG. More specifically, the value of the purge timer is updated by subtracting the time corresponding to the control period of FIG. 6 from the previous value of the purge timer.

図7は、以上のような本実施形態の排気浄化装置の効果を説明するための図である。図7には、上段から順に、エンジンの始動開始直後の所定期間における三元触媒の温度、NOx触媒の温度、NOx触媒のNOx吸着量、及びNOx触媒のNOx吸着率の変化を模式的に示す図である。図7において実線は、図1の本実施形態の排気浄化装置の結果を示し、破線は、図1の本実施形態の排気浄化装置からNOx触媒の位置を変更した比較例の排気浄化装置の結果を示す。なおこの比較例では、NOx触媒を、三元触媒とタービンとの間に設けた。   FIG. 7 is a diagram for explaining the effect of the exhaust purification apparatus of the present embodiment as described above. FIG. 7 schematically shows, in order from the top, changes in the temperature of the three-way catalyst, the temperature of the NOx catalyst, the NOx adsorption amount of the NOx catalyst, and the NOx adsorption rate of the NOx catalyst in a predetermined period immediately after the start of the engine. FIG. In FIG. 7, the solid line indicates the result of the exhaust purification device of the present embodiment of FIG. 1, and the broken line indicates the result of the exhaust purification device of the comparative example in which the position of the NOx catalyst is changed from the exhaust purification device of the present embodiment of FIG. 1. Indicates. In this comparative example, the NOx catalyst was provided between the three-way catalyst and the turbine.

先ず、比較例と本実施形態の排気浄化装置とでは、三元触媒を設ける位置は同じである。したがって、図7の最上段に示すように、エンジン始動開始直後における三元触媒の温度は、比較例及び本実施形態の排気浄化装置ともにほぼ等しい速度で上昇し、時刻tactにおいて三元触媒が所定の活性化温度に達する。   First, the position where the three-way catalyst is provided is the same in the comparative example and the exhaust purification device of the present embodiment. Therefore, as shown in the uppermost stage of FIG. 7, the temperature of the three-way catalyst immediately after the start of the engine rises at substantially the same speed in both the comparative example and the exhaust purification device of the present embodiment, and the three-way catalyst is predetermined at time tact. The activation temperature of is reached.

また、比較例と本実施形態の排気浄化装置とでは、NOx触媒を設ける位置が異なる。より具体的には、比較例ではNOx触媒をタービン及び低圧EGR装置の排気取り出し部よりも上流側に設けるのに対し、本実施形態の排気浄化装置ではNOx触媒をこれらよりも下流側に設ける。このため本実施形態の排気浄化装置では、NOx触媒に流入する排気の量は比較例よりも少なくなるので、その分だけNOx触媒の温度上昇を緩やかにできる(図7の上から2段目参照)。図2〜図5等を参照して説明したように、NOx触媒の吸着率は、約50℃近傍をピークとして、温度が上昇するにつれて徐々に低下する。このため、図7の最下段に示すように、比較例では、NOx触媒の温度が速やかに高くなってしまい、結果として三元触媒が活性化するよりも前にNOx吸着率が大きく低下する場合がある。これに対し本実施形態の排気浄化装置では、NOx触媒の温度上昇を緩やかにすることにより、三元触媒が活性化する時点でも十分なNOx吸着率を維持できる。   Further, the position where the NOx catalyst is provided is different between the comparative example and the exhaust purification apparatus of the present embodiment. More specifically, in the comparative example, the NOx catalyst is provided on the upstream side of the exhaust extraction portion of the turbine and the low pressure EGR device, whereas in the exhaust purification device of the present embodiment, the NOx catalyst is provided on the downstream side. For this reason, in the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, the amount of exhaust gas flowing into the NOx catalyst is smaller than that in the comparative example, so that the temperature rise of the NOx catalyst can be moderated accordingly (see the second stage from the top in FIG. 7). ). As described with reference to FIGS. 2 to 5 and the like, the adsorption rate of the NOx catalyst gradually decreases as the temperature rises with a peak at about 50 ° C. For this reason, as shown in the lowermost stage of FIG. 7, in the comparative example, the temperature of the NOx catalyst quickly rises, and as a result, the NOx adsorption rate is greatly reduced before the three-way catalyst is activated. There is. On the other hand, in the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, a sufficient NOx adsorption rate can be maintained even when the three-way catalyst is activated by slowing the temperature rise of the NOx catalyst.

また本実施形態の排気浄化装置では、上述のようにNOx触媒に流入する排気の量を少なくすることにより、その分だけNOx触媒に流入するNOxの量も減らすことができるので、NOx触媒におけるNOx吸着量の上昇も緩やかにできる(図7の下から2段目参照)。図2〜図5等を参照して説明したように、NOx触媒の吸着率は、NOx吸着量が増えるほど低下する。このため、図7の最下段に示すように、比較例では、NOx吸着量が速やかに高くなってしまい、結果として三元触媒が活性化するよりも前にNOx吸着率が大きく低下する場合がある。これに対し本実施形態の排気浄化装置では、NOx吸着量の上昇を緩やかにすることにより、三元触媒が活性化する時点でも十分なNOx吸着率を維持できる。   Further, in the exhaust purification apparatus of the present embodiment, the amount of NOx flowing into the NOx catalyst can be reduced by reducing the amount of exhaust flowing into the NOx catalyst as described above. The amount of adsorption can also be moderately increased (see the second stage from the bottom in FIG. 7). As described with reference to FIGS. 2 to 5 and the like, the adsorption rate of the NOx catalyst decreases as the NOx adsorption amount increases. For this reason, as shown in the lowermost stage of FIG. 7, in the comparative example, the NOx adsorption amount quickly increases, and as a result, the NOx adsorption rate may be greatly reduced before the three-way catalyst is activated. is there. On the other hand, in the exhaust purification apparatus of this embodiment, by sufficiently increasing the NOx adsorption amount, a sufficient NOx adsorption rate can be maintained even when the three-way catalyst is activated.

以上をまとめると、本実施形態の排気浄化装置では、NOx触媒を低圧EGR装置の排気取り出し部よりもさらに下流に設けることで、エンジンの始動開始直後におけるNOx触媒の温度及びNOx触媒のNOx吸着量の上昇を両方とも緩やかにできるので、三元触媒が活性化する時点でも十分なNOx吸着率を維持できる。   In summary, in the exhaust purification system of the present embodiment, the NOx catalyst is provided further downstream than the exhaust extraction portion of the low pressure EGR device, so that the temperature of the NOx catalyst and the NOx adsorption amount of the NOx catalyst immediately after the start of the engine is started. Since both rises can be moderated, a sufficient NOx adsorption rate can be maintained even when the three-way catalyst is activated.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to this. Within the scope of the gist of the present invention, the detailed configuration may be changed as appropriate.

1…エンジン(内燃機関)
13…排気管(排気通路)
3…排気還流装置
6…排気浄化装置
61…上流触媒コンバータ
62…下流触媒コンバータ
8…過給機
81…タービンホイール
1. Engine (internal combustion engine)
13. Exhaust pipe (exhaust passage)
3 ... Exhaust gas recirculation device 6 ... Exhaust gas purification device 61 ... Upstream catalytic converter 62 ... Downstream catalytic converter 8 ... Supercharger 81 ... Turbine wheel

Claims (3)

内燃機関の排気通路に設けられた三元触媒と、
前記排気通路に設けられかつゼオライトからなる担体及び当該担体に担持されたPdを有するNOx触媒と、
前記排気通路を流れる排気の一部を取り出し前記内燃機関の吸気通路に還流する排気還流装置と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記NOx触媒は、前記三元触媒より下流側でありかつ前記排気還流装置の排気取り出し部より下流側に設けられることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
A three-way catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine;
A NOx catalyst provided in the exhaust passage and made of zeolite and having Pd supported on the carrier;
An exhaust gas recirculation device that takes out part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage and recirculates it to the intake passage of the internal combustion engine,
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the NOx catalyst is provided downstream from the three-way catalyst and downstream from an exhaust extraction portion of the exhaust gas recirculation device.
前記排気通路には、排気のエネルギーを利用して吸気を加圧する過給機が設けられ、
前記排気取り出し部及び前記NOx触媒は、前記排気通路のうち前記過給機のタービンよりも下流側に設けられることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
The exhaust passage is provided with a supercharger that pressurizes intake air using the energy of the exhaust,
2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust extraction unit and the NOx catalyst are provided in a downstream side of a turbine of the supercharger in the exhaust passage.
前記三元触媒は、前記排気通路のうち前記タービンよりも上流側に設けられることを特徴とする請求項2に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 claim 2, wherein the three-way catalyst is provided upstream of the turbine in the exhaust passage.
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