JP2019031920A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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.
エンジンから排出される排気ガス中の炭化水素(HydroCarbon:HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)を浄化するために、排気路には三元触媒(Three-Way Catalyst)が設けられている。 In order to purify hydrocarbons (HydroCarbon: HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas discharged from the engine, a three-way catalyst (Three-Way Catalyst) is provided in the exhaust passage. Is provided.
ところで、燃料カットが実行されている間は、吸気が燃焼されることなく三元触媒に到達する。このため、燃料カットの終了時(燃料カットからの復帰時)においては、三元触媒に含まれるOSC(Oxygen Storage Capacity:酸素貯蔵能)材による酸素の貯蔵量が飽和(上限値)に達する場合がある。OSC材が飽和に達した状態でエンジンにおいて燃焼が行われると、OSC材による排気ガス中の酸素の低減が為されなくなり、三元触媒に含まれる貴金属によるNOxの還元効率が低下してしまう。 By the way, while the fuel cut is being executed, the intake air reaches the three-way catalyst without being burned. For this reason, when the fuel cut ends (when returning from the fuel cut), the amount of oxygen stored by the OSC (Oxygen Storage Capacity) material included in the three-way catalyst reaches saturation (upper limit). There is. When combustion is performed in the engine with the OSC material reaching saturation, the reduction of oxygen in the exhaust gas by the OSC material is not performed, and the reduction efficiency of NOx by the noble metal contained in the three-way catalyst is reduced.
そこで、従来、燃料カット終了後に、空燃比を理論空燃比(ストイキ)よりリッチとし、排気ガス中の炭化水素を還元剤として機能させて、OSC材から酸素を離脱させ、酸素の貯蔵能力を回復させている(例えば、特許文献1)。 Therefore, conventionally, after the fuel cut is completed, the air-fuel ratio is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric), the hydrocarbon in the exhaust gas functions as a reducing agent, oxygen is released from the OSC material, and the oxygen storage capacity is restored. (For example, Patent Document 1).
しかし、特許文献1のような燃料を過剰に噴射する技術では燃費が低下するという問題がある。
However, the technique of excessively injecting fuel as in
本発明は、OSC材による酸素の貯蔵能力を回復させつつ、燃費の低下を抑制す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。 An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying device capable of suppressing a reduction in fuel consumption while restoring the oxygen storage capacity of the OSC material.
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、エンジンの排気路に設けられ、OSC材を含む三元触媒と、前記排気路における前記三元触媒の上流側に、アルコール、および、炭素数が3以下の炭化水素のうちいずれか一方または両方を含む還元剤前駆体を供給する前駆体供給部と、所定の燃料カット終了条件が成立した場合に、前記前駆体供給部を制御して、前記還元剤前駆体の供給を開始させる供給制御部と、を備える。 In order to solve the above problems, an exhaust gas purifying apparatus of the present invention is provided in an exhaust passage of an engine, and includes a three-way catalyst including an OSC material, an alcohol on the upstream side of the three-way catalyst in the exhaust passage, and A precursor supply unit that supplies a reducing agent precursor containing one or both of hydrocarbons having 3 or less carbon atoms, and controls the precursor supply unit when a predetermined fuel cut end condition is satisfied. And a supply control unit for starting the supply of the reducing agent precursor.
また、前記供給制御部は、前記エンジンへの燃料の供給がカットされた期間の少なくとも一部における、前記三元触媒の温度、および、前記三元触媒を通過する排気ガスの流速に基づいて、前記還元剤前駆体の供給量を制御してもよい。 Further, the supply control unit is based on the temperature of the three-way catalyst and the flow rate of the exhaust gas passing through the three-way catalyst in at least a part of the period in which the supply of fuel to the engine is cut, The supply amount of the reducing agent precursor may be controlled.
また、前記アルコールは、メタノール、エタノール、および、プロパノールのうち、1または複数であってもよい。 The alcohol may be one or more of methanol, ethanol, and propanol.
本発明によれば、OSC材による酸素の貯蔵能力を回復させつつ、燃費の低下を抑制することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to suppress the fall of a fuel consumption, recovering the oxygen storage capability by OSC material.
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、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 showing the configuration of the
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を介してマフラー142が連通され、排気路140に、後述する三元触媒210が設けられる。
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、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168が設けられる。
In the
これら各センサ160〜168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160〜168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160〜168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168から取得したアクセル開度を示す信号(以下、「アクセル開度信号」と称する)に基づいて、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、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の燃料をエンジン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。また、噴射量決定部186は、減速中(車速>0)であり、アクセル開度センサ168から取得したアクセル開度信号が示すアクセルの開度がゼロである場合に、目標噴射量をゼロに決定する燃料カット処理を実行する。
The injection
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。排気ガスには、炭化水素(HC)、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に排気ガス浄化装置200を設けておき、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を除去(浄化)する。
In this way, the exhaust gas generated by burning the fuel in the
図2は、排気ガス浄化装置200を説明する図である。図2に示すように、排気ガス浄化装置200は、三元触媒210と、前駆体供給部220と、酸素センサ230と、供給制御部240とを含んで構成される。
FIG. 2 is a diagram for explaining the exhaust gas purifying
三元触媒210は、排気路140内に設けられる。三元触媒210は、担体と、貴金属とを含んで構成される。担体は、アルミナおよびOSC材を含んで構成される。OSC材は、酸素を貯蔵したり、貯蔵した酸素を放出したりする機能を有する。OSC材は、例えば、セリア(CeO2)を含んで構成される。貴金属は、担体上(担体の表面)に担持される。貴金属は、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、窒素酸化物を浄化(除去)する。貴金属は、例えば、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)等で構成される。
The three-
前駆体供給部220は、タンク222と、配管224と、ポンプ226と、バルブ228とを含んで構成される。タンク222は、還元剤前駆体を貯留する。ここで、還元剤前駆体は、アルコールである。アルコールは、例えば、メタノール、エタノール、および、プロパノール、つまり、炭素数が3以下のアルコールのうち、1または複数であり、好ましくは、メタノールまたはエタノールであり、より好ましくは、メタノールである。
The
配管224は、一端の開口がタンク222に接続され、他端の開口が排気路140内に位置するように設けられる。詳細に説明すると、配管224の他端の開口は、排気路140内における三元触媒210の上流側(エンジン120側)に設けられる。
The
ポンプ226は、配管224に設けられる。ポンプ226は、タンク222に貯留された還元剤前駆体を、配管224を介して排気路140に送出する。本実施形態において、ポンプ226は、送出流量が一定となるように後述する供給制御部240によって駆動制御される。バルブ228は、例えば、開閉弁で構成され、配管224におけるポンプ226の下流側に設けられる。バルブ228は、供給制御部240によって開閉制御される。
The
酸素センサ230は、排気路140における三元触媒210の下流側を流れる排気ガス中の酸素濃度を検出する。
The
本実施形態において、ECU110は、排気ガス浄化装置200の供給制御部240として機能する。供給制御部240は、所定の燃料カット終了条件を満たした場合に、バルブ228を開弁して、還元剤前駆体の供給を開始させる。
In the present embodiment, the
図3は、供給制御部240による還元剤前駆体の供給処理を示すフローチャートである。なお、本実施形態において、還元剤前駆体の供給処理は、所定の時間間隔毎に生じる割込によって繰り返し遂行される。
FIG. 3 is a flowchart showing the supply process of the reducing agent precursor by the
(ステップS110)
供給制御部240は、上記燃料カット処理の実行中であるか否かを判定する。その結果、供給制御部240は、燃料カット処理の実行中であると判定した場合には、ステップS120に処理を移し、燃料カット処理の実行中ではないと判定した場合にはステップS140に処理を移す。
(Step S110)
The
(ステップS120)
供給制御部240は、酸素センサ230から取得した酸素濃度を示す信号に基づき、三元触媒210の下流側の酸素濃度が所定の閾値以上であるか否かを判定する。ここで、閾値は、三元触媒210のOSC材による酸素の貯蔵量の目標値に基づいて決定される値である。目標値は、OSC材による酸素の貯蔵量の上限値未満の値であり、OSC材が、排気ガス中の酸素の濃度に応じて、所定量の酸素を貯蔵することができ、また、所定量の酸素を放出することができる値である。
(Step S120)
Based on the signal indicating the oxygen concentration acquired from the
OSC材の酸素の貯蔵量が目標値を上回ると、排気ガスから取り込むことができる酸素の量が減少するため、酸素センサ230が検出する酸素濃度が閾値以上となる。一方、OSC材の酸素の貯蔵量が目標値以下であると、排気ガスから充分に酸素を取り込むことができるため、酸素センサ230が検出する酸素濃度は閾値未満となる。
When the amount of oxygen stored in the OSC material exceeds the target value, the amount of oxygen that can be taken in from the exhaust gas decreases, so that the oxygen concentration detected by the
そして、供給制御部240は、酸素濃度が閾値以上であると判定した場合には、ステップS130に処理を移し、酸素濃度が閾値未満であると判定した場合には当該供給処理を終了する。
If the
(ステップS130)
供給制御部240は、現時点での三元触媒210の温度、および、現時点での排気ガスの流速(もしくはアクセル開度)に基づき、不図示のメモリに予め保持された蓄積量マップを参照し、三元触媒210のOSC材に、目標値を超えて蓄積(貯蔵)される、現時点(単位時間あたり)の酸素の量(以下、「蓄積量」と称する)を導出する。
(Step S130)
Based on the current temperature of the three-
なお、蓄積量マップは、三元触媒210の温度、および、三元触媒210を通過する排気ガスの流速に対し、OSC材への酸素の蓄積量が対応付けられたマップである。蓄積量マップでは、三元触媒210の温度が高くなるほど、酸素の蓄積量が小さくなっており、排気ガスの流速が大きくなるほど、酸素の蓄積量が小さくなっている。
The accumulated amount map is a map in which the accumulated amount of oxygen in the OSC material is associated with the temperature of the three-
そして、供給制御部240は、前回までの酸素の蓄積量の積算値に、今回導出した酸素の蓄積量を加算する。こうして、燃料カット中における、OSC材への酸素の蓄積量が導出される。
Then, the
(ステップS140)
供給制御部240は、所定の燃料カット終了条件の成立時であるか否かを判定する。例えば、供給制御部240は、エンジン回転数が所定の回転数以上であり、かつ、アクセルの開度がゼロから所定値以上に切り替わったと判定した場合に、燃料カット終了条件が成立したと判定する。なお、所定値はゼロを上回る値である。その結果、供給制御部240は、燃料カット終了条件の成立時であると判定した場合には、ステップS150に処理を移す。一方、供給制御部240は、燃料カット終了条件の成立時ではないと判定した場合には、当該供給処理を終了する。
(Step S140)
The
(ステップS150)
供給制御部240は、ステップS130で導出した酸素の蓄積量(目標値以上に貯蔵された酸素の量)に基づき、不図示のメモリに予め保持された供給量マップを参照し、OSC材への酸素の蓄積量を目標値まで低減するために必要な還元剤前駆体の供給量を導出する。なお、供給量マップは、実測値に基づいて作成され、OSC材への酸素の蓄積量に対し、還元剤前駆体の供給量が対応付けられたマップである。供給量マップでは、酸素の蓄積量が多いほど、還元剤前駆体の供給量が多くなっている。そして、供給制御部240は、導出した供給量の還元剤前駆体が排気路140に供給されるバルブ228の開弁時間を導出する。
(Step S150)
The
(ステップS160)
供給制御部240は、ポンプ226の駆動を開始するとともに、バルブ228を開弁する。こうして、還元剤前駆体が、タンク222から排気路140を介して三元触媒210に供給されることになる。
(Step S160)
The
そうすると、三元触媒210において下記式(1)に示す水蒸気改質反応が進行し、排気ガスに含まれる水蒸気(水)、および、還元剤前駆体から、二酸化炭素(CO2)および水素(H2)が生成される。
CH3OH + H2O → CO2 + 3H2 …式(1)
なお、式(1)では、還元剤前駆体がメタノールである場合を例に挙げる。
Then, the steam reforming reaction represented by the following formula (1) proceeds in the three-
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 3H 2 Formula (1)
In Formula (1), a case where the reducing agent precursor is methanol is taken as an example.
水蒸気改質反応が進行することによって生成された水素は、還元剤として機能し、OSC材に蓄積された酸素を水に還元する。これにより、OSC材への酸素の蓄積量を目標値まで低減することができ、OSC材の酸素の貯蔵能力を回復させることが可能となる。 Hydrogen generated by the progress of the steam reforming reaction functions as a reducing agent, and reduces oxygen accumulated in the OSC material to water. As a result, the amount of oxygen accumulated in the OSC material can be reduced to the target value, and the oxygen storage capacity of the OSC material can be recovered.
そして、供給制御部240は、バルブ228を開弁してから上記開弁時間が経過すると、ポンプ226を停止するとともにバルブ228を閉弁する。また、酸素の蓄積量の積算値をリセットする。
Then, when the valve opening time elapses after the
以上説明したように、本実施形態の排気ガス浄化装置200は、還元剤前駆体を供給するだけといった簡易な構成で、OSC材による酸素の貯蔵能力を回復させることができる。
As described above, the exhaust
また、燃料カット終了後に、空燃比をリッチとする従来技術では、燃料に含まれる炭化水素を還元剤として利用し、OSC材に蓄積された酸素を離脱させている。これに対し、本実施形態の排気ガス浄化装置200は、水蒸気改質反応を進行させることで還元剤前駆体から水素を生成し、水素を還元剤として利用している。水素は、炭化水素と比較して還元能力が高い。したがって、本実施形態の排気ガス浄化装置200は、従来技術と比較して、少量の還元剤前駆体を供給するだけで、OSC材による酸素貯蔵能力を回復させることが可能となる。
Further, in the prior art in which the air-fuel ratio is rich after the fuel cut is completed, hydrocarbons contained in the fuel are used as a reducing agent to release oxygen accumulated in the OSC material. On the other hand, the exhaust
なお、水蒸気改質反応は、三元触媒210に含まれる貴金属を触媒とし、アルコールや炭化水素を水蒸気改質して水素を生成させる反応である。しかし、排気ガスによってのみ加熱される三元触媒210の温度程度の低温においては、還元剤前駆体が出発物質である場合には水蒸気改質反応が進行するものの、燃料に含まれる炭化水素が出発物質である場合には水蒸気改質反応がほとんど進行しない。つまり、還元剤前駆体を水素に改質できるものの、燃料に含まれる炭化水素を水素に改質することはできない。
The steam reforming reaction is a reaction in which a noble metal contained in the three-
また、従来技術とは異なり、燃料を過剰に噴射させることなく、OSC材による酸素の貯蔵能力を回復させることができるため、燃費の低下を抑制することが可能となる。 Further, unlike the prior art, since the oxygen storage capacity of the OSC material can be recovered without excessively injecting the fuel, it is possible to suppress a reduction in fuel consumption.
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、前駆体供給部220が還元剤前駆体としてアルコールを排気路140に供給する構成を例に挙げて説明した。しかし、前駆体供給部220は、アルコールの水溶液を排気路140に供給してもよい。また、前駆体供給部220は、還元剤前駆体として、アルコールに代えて、または、アルコールに加えて、炭素数が3以下の炭化水素、例えば、メタン、エタン、ブタン等を排気路140に供給してもよい。炭素数が3以下の炭化水素を供給することにより、三元触媒210の温度程度の低温であっても水蒸気改質反応を進行させることができ、水素を生成させることが可能となる。
In the above embodiment, the configuration in which the
また、上記実施形態において、供給制御部240は、還元剤前駆体の送出流量(供給流量)が一定となるようにポンプ226を駆動制御し、バルブ228の開弁時間を制御することで、ステップS150で導出した供給量の還元剤前駆体を供給する構成を例に挙げて説明した。しかし、供給制御部240は、ステップS150で導出した供給量の還元剤前駆体が排気路140に供給されるようにポンプ226の流量を制御してもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
本発明は、排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に利用できる。 The present invention can be used in an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas.
200 排気ガス浄化装置
210 三元触媒
220 前駆体供給部
240 供給制御部
200
Claims (3)
前記排気路における前記三元触媒の上流側に、アルコール、および、炭素数が3以下の炭化水素のうちいずれか一方または両方を含む還元剤前駆体を供給する前駆体供給部と、
所定の燃料カット終了条件が成立した場合に、前記前駆体供給部を制御して、前記還元剤前駆体の供給を開始させる供給制御部と、
を備える排気ガス浄化装置。 A three-way catalyst provided in the exhaust passage of the engine and containing an OSC material;
A precursor supply unit that supplies a reducing agent precursor containing either one or both of alcohol and a hydrocarbon having 3 or less carbon atoms to the upstream side of the three-way catalyst in the exhaust passage;
A supply control unit that controls the precursor supply unit to start supply of the reducing agent precursor when a predetermined fuel cut end condition is satisfied;
An exhaust gas purification apparatus comprising:
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