JP2019167823A - Exhaust emission control device for internal combustion engine for getting driving force through combustion of ammonia and method - Google Patents

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Abstract

To restrict discharge of ammonia and also simplify a device and make a small-sized formation of the device in an exhaust emission control device for internal combustion engine for getting driving force through combustion of ammonia.SOLUTION: An exhaust emission control device for an internal combustion engine for getting driving force under combustion of ammonia, comprises: an oxidation-reduction catalyst with oxidation and reduction actions arranged at a main flow passage in which exhaust gas from the internal combustion engine flows; a selective reduction catalyst arranged at the main flow passage; a temperature acquisition unit for getting temperature of the selective reduction catalyst; and a control unit for changing mixture ratio of exhaust emission at upstream sides of the oxidation-reduction catalyst and the selective reduction catalyst from stoichiometric to lean when the temperature of the selective reduction catalyst acquired by the temperature acquisition unit exceeds activation temperature of the selective reduction catalyst.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気を浄化する技術に関する。   The present invention relates to a technology for purifying exhaust gas from an internal combustion engine that obtains a driving force by burning ammonia.

触媒を利用して、エンジンなどの内燃機関の排気に含まれる有害物質を浄化する技術が知られている。例えば、非特許文献1には、三元触媒を搭載した触媒システムにおいて、排気中の酸素(O2)濃度をモニタし、排気中の還元剤成分(HC,CO)と、酸化剤成分(NO)とが常にバランスするよう空燃比を制御することが記載されている。例えば、特許文献1には、ゼオライトと、触媒を搭載した主要コンバータとを備える排気浄化システムにおいて、内燃機関からの排気を、冷間始動時中にはゼオライトへと誘導し、ゼオライトが加熱されて脱離温度に達した後には主要コンバータへと誘導することが記載されている。例えば、特許文献2には、冷機起動運転期間の間、内燃機関からの排気を第一触媒ゾーン、ゼオライトを含む吸着ゾーン、第二触媒ゾーンの順に誘導すると共に、第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンとの間で熱を伝達することが記載されている。 A technique for purifying harmful substances contained in exhaust gas from an internal combustion engine such as an engine using a catalyst is known. For example, in Non-Patent Document 1, in a catalyst system equipped with a three-way catalyst, the concentration of oxygen (O 2 ) in exhaust gas is monitored, reducing agent components (HC, CO) in exhaust gas, and oxidizing agent components (NO And the air-fuel ratio are controlled so that they are always balanced. For example, in Patent Document 1, in an exhaust purification system including zeolite and a main converter equipped with a catalyst, exhaust from an internal combustion engine is guided to zeolite during a cold start, and the zeolite is heated. It is described that after reaching the desorption temperature, it leads to the main converter. For example, in Patent Document 2, exhaust gas from an internal combustion engine is guided in the order of a first catalyst zone, an adsorption zone containing zeolite, and a second catalyst zone during the cold start operation period, and the first catalyst zone and the second catalyst zone. It describes the transfer of heat to and from the zone.

土屋荘次・平川暁子、“物質の科学・反応と物性”、第15章 触媒の化学、4.触媒の応用、インターネット<URL:http://www.campus.ouj.ac.jp/~hamada/TextLib/rm/chap15/Text/Cr991504.html>Soji Tsuchiya and Atsuko Hirakawa, “Science of Materials, Reactions and Properties”, Chapter 15 Chemistry of Catalysts, 4. Application of catalyst, Internet <URL: http://www.campus.ouj.ac.jp/~hamada/TextLib/rm/chap15/Text/Cr991504.html>

特開平7−166852号公報JP-A-7-166852 特許第3435652号公報Japanese Patent No. 3435652

ところで、アンモニア(NH3)ガスを燃焼させて駆動力を得る内燃機関(以降、「アンモニアエンジン」とも呼ぶ。)が知られている。アンモニアは炭素(C)を含まないため、アンモニアエンジンには排出ガスに二酸化炭素(CO2)が含まれないという利点がある。この点、非特許文献1及び特許文献1,2に記載の技術では、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンにおける排気の浄化のみが考慮され、アンモニアエンジンにおける排気の浄化については何ら記載されていない。 Incidentally, an internal combustion engine (hereinafter also referred to as “ammonia engine”) that obtains driving force by burning ammonia (NH 3 ) gas is known. Since ammonia does not contain carbon (C), the ammonia engine has an advantage that the exhaust gas does not contain carbon dioxide (CO 2 ). In this regard, the technologies described in Non-Patent Document 1 and Patent Documents 1 and 2 consider only exhaust gas purification in gasoline engines and diesel engines, and do not describe exhaust gas purification in ammonia engines.

また、例えば、非特許文献1の技術をアンモニアエンジンに適用した場合、三元触媒が活性化温度に達していれば、排気中の有害物質であるアンモニアを酸化させると共に、窒素酸化物(NOx)を還元させることで有害物質を浄化することができる。しかし、三元触媒が活性化温度に達していない場合、アンモニアや窒素酸化物が未反応のまま三元触媒を通過して排出されるという課題があった。例えば、特許文献1や特許文献2の技術をアンモニアエンジンに適用した場合、触媒が活性化温度に達する前においては、ゼオライトにアンモニアを吸着させることにより、アンモニアの排出を抑制することができる。しかし、ゼオライトは高温になると吸着しているアンモニアの脱離が生じるという特性を有するため、ゼオライトの下流側において、脱離したアンモニアを浄化するための触媒がさらに必要となり、装置やシステムが複雑化、大型化するという課題があった。   For example, when the technology of Non-Patent Document 1 is applied to an ammonia engine, if the three-way catalyst has reached the activation temperature, ammonia that is a harmful substance in the exhaust is oxidized and nitrogen oxide (NOx) By reducing the toxic substances, it can be purified. However, when the three-way catalyst has not reached the activation temperature, there has been a problem that ammonia and nitrogen oxides are unreacted and discharged through the three-way catalyst. For example, when the techniques of Patent Document 1 and Patent Document 2 are applied to an ammonia engine, ammonia emission can be suppressed by adsorbing ammonia to the zeolite before the catalyst reaches the activation temperature. However, since zeolite has the property that desorption of adsorbed ammonia occurs at high temperatures, a catalyst for purifying the desorbed ammonia is further required on the downstream side of the zeolite, which complicates equipment and systems. There was a problem of increasing the size.

本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置において、アンモニアの排出を抑制すると共に、装置の簡易化及び小型化を図ることを目的とする。   The present invention has been made to solve at least a part of the above-described problems, and in an exhaust purification device that purifies exhaust gas of an internal combustion engine that obtains driving force by combustion of ammonia, suppresses ammonia emission, The object is to simplify and miniaturize the apparatus.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気浄化装置が提供される。この排気浄化装置は、前記内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられた、酸化作用及び還元作用を有する酸化還元触媒と、前記主流路に設けられた選択還元触媒と、前記選択還元触媒の温度を取得する温度取得部と、前記温度取得部により取得された前記選択還元触媒の温度が、前記選択還元触媒の活性化温度を超えた場合に、前記酸化還元触媒及び前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄へと変更させる制御部と、を備える。 (1) According to one aspect of the present invention, an exhaust emission control device for an internal combustion engine that obtains a driving force by combustion of ammonia is provided. The exhaust gas purification apparatus includes an oxidation-reduction catalyst having an oxidation action and a reduction action provided in a main flow path through which exhaust gas from the internal combustion engine flows, a selective reduction catalyst provided in the main flow path, and the selective reduction catalyst When the temperature of the selective reduction catalyst acquired by the temperature acquisition unit exceeds the activation temperature of the selective reduction catalyst, the oxidation reduction catalyst and the selective reduction catalyst A control unit that changes the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side from stoichiometry to lean.

この構成によれば、排気浄化装置は、酸化還元触媒と、アンモニア吸着機能を有する選択還元触媒とを備えるため、内燃機関の始動直後等、酸化還元触媒や選択還元触媒が活性化温度に達する前においては、選択還元触媒に排気中のアンモニアを吸着させることによって、アンモニアの排出を抑制できる。また、酸化還元触媒が活性化温度に達した後においては、混合比が量論であるため、酸化還元触媒で排気中のアンモニアを酸化反応させると共に、排気中の窒素酸化物を還元反応させることができ、アンモニアの排出を抑制できる。さらに、選択還元触媒が活性化温度に達した後においては、混合比が量論から希薄へと変更されるため、選択還元触媒で吸着されているアンモニアと排気中の窒素酸化物とを還元反応させることができ、アンモニアの排出を抑制できると共に、選択還元触媒に吸着されているアンモニアを除去することができる。また、本構成によれば、酸化還元触媒と選択還元触媒との組み合わせによって、排気浄化装置の構成を簡易化すると共に、排気浄化装置を小型化できる。   According to this configuration, the exhaust purification device includes the oxidation-reduction catalyst and the selective reduction catalyst having an ammonia adsorption function, so that the oxidation-reduction catalyst and the selective reduction catalyst reach the activation temperature, for example, immediately after the start of the internal combustion engine. In the method, ammonia can be prevented from being discharged by adsorbing ammonia in the exhaust gas to the selective reduction catalyst. In addition, after the oxidation-reduction catalyst reaches the activation temperature, the mixing ratio is stoichiometric. Therefore, the oxidation-reduction catalyst causes the ammonia in the exhaust to oxidize and the nitrogen oxide in the exhaust to reduce. It is possible to suppress ammonia emission. Furthermore, after the selective reduction catalyst reaches the activation temperature, the mixing ratio is changed from stoichiometric to lean, so that the ammonia adsorbed by the selective reduction catalyst and the nitrogen oxides in the exhaust are reduced. Thus, ammonia emission can be suppressed and ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst can be removed. Further, according to this configuration, the configuration of the exhaust purification device can be simplified and the exhaust purification device can be downsized by the combination of the oxidation-reduction catalyst and the selective reduction catalyst.

(2)上記形態の排気浄化装置において、前記酸化還元触媒は、前記主流路において、前記選択還元触媒よりも上流側に配置されていてもよい。この構成によれば、排気浄化装置において、酸化還元触媒は主流路の上流側に配置されるため、酸化還元触媒の温度を上昇しやすくし、酸化還元触媒が活性化温度に到達するまでの時間を短縮できる。また、選択還元触媒におけるアンモニアの飽和吸着量は、触媒の温度が上昇するにつれて減少するという特性がある。本構成によれば、選択還元触媒は主流路の下流側に配置されるため、選択還元触媒の温度を上昇しづらくし、選択還元触媒におけるアンモニアの飽和吸着量の減少を抑制できる。 (2) In the exhaust emission control device of the above aspect, the oxidation-reduction catalyst may be disposed upstream of the selective reduction catalyst in the main flow path. According to this configuration, since the redox catalyst is arranged upstream of the main flow path in the exhaust purification apparatus, the temperature of the redox catalyst can be easily increased, and the time until the redox catalyst reaches the activation temperature. Can be shortened. Further, the saturated adsorption amount of ammonia in the selective reduction catalyst has a characteristic that it decreases as the temperature of the catalyst increases. According to this configuration, since the selective reduction catalyst is disposed on the downstream side of the main flow path, it is difficult to increase the temperature of the selective reduction catalyst, and a decrease in the saturated adsorption amount of ammonia in the selective reduction catalyst can be suppressed.

(3)上記形態の排気浄化装置において、前記制御部は、前記排気の混合比を希薄へと変更させた後、一定時間の経過後に前記排気の混合比を量論へと変更させてもよい。この構成によれば、制御部は、酸化還元触媒及び選択還元触媒の上流側における排気の混合比を希薄へと変更させて選択還元触媒によるアンモニアと窒素酸化物との還元反応を進めた後、一定時間の経過後に混合比を量論へと変更させることで、酸化還元触媒によるアンモニアの酸化反応、及び、窒素酸化物の還元反応を継続することができる。 (3) In the exhaust emission control device according to the above aspect, the control unit may change the exhaust gas mixture ratio to stoichiometric after a lapse of a fixed time after changing the exhaust gas mixture ratio to lean. . According to this configuration, the control unit changes the exhaust gas mixing ratio on the upstream side of the oxidation-reduction catalyst and the selective reduction catalyst to be lean, and advances the reduction reaction between ammonia and nitrogen oxides by the selective reduction catalyst, By changing the mixing ratio to stoichiometric after a certain period of time, the oxidation reaction of ammonia and the reduction reaction of nitrogen oxides by the oxidation-reduction catalyst can be continued.

(4)上記形態の排気浄化装置では、さらに、前記酸化還元触媒の温度を取得する第2温度取得部と、前記排気の混合比を取得する混合比取得部と、を備え、前記制御部は、さらに、前記第2温度取得部により取得された前記酸化還元触媒の温度と、前記混合比取得部により取得された前記排気の混合比と、を用いて、前記選択還元触媒に吸着されているアンモニアの量を推定し、前記一定時間を、前記選択還元触媒において前記推定した量のアンモニアが還元されるまでの時間としてもよい。この構成によれば、制御部は、酸化還元触媒の温度と排気の混合比とを用いて選択還元触媒に吸着されているアンモニアの量を推定することができる。また、制御部は、酸化還元触媒及び選択還元触媒の上流側における排気の混合比を希薄に維持させる一定時間を、推定した量のアンモニアが還元されるまでの間とすることで、選択還元触媒に吸着されているアンモニアの除去を完了させることができる。 (4) The exhaust emission control device of the above aspect further includes a second temperature acquisition unit that acquires the temperature of the oxidation-reduction catalyst, and a mixture ratio acquisition unit that acquires the mixture ratio of the exhaust gas, and the control unit includes Further, the selective reduction catalyst is adsorbed using the temperature of the oxidation-reduction catalyst acquired by the second temperature acquisition unit and the mixture ratio of the exhaust gas acquired by the mixture ratio acquisition unit. The amount of ammonia is estimated, and the predetermined time may be set as the time until the estimated amount of ammonia is reduced in the selective reduction catalyst. According to this configuration, the control unit can estimate the amount of ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst using the temperature of the redox catalyst and the exhaust gas mixture ratio. In addition, the control unit sets a predetermined time for maintaining a lean exhaust gas mixture ratio upstream of the redox catalyst and the selective reduction catalyst until the estimated amount of ammonia is reduced, thereby reducing the selective reduction catalyst. The removal of ammonia adsorbed on the catalyst can be completed.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気浄化装置、内燃機関と排気浄化装置とを含むシステム、これら装置及びシステムの制御方法、これら装置及びシステムにおいて実行されるコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various modes. For example, an exhaust purification device for an internal combustion engine that obtains a driving force by combustion of ammonia, a system including the internal combustion engine and the exhaust purification device, these devices, and a system And a computer program executed in these devices and systems, a server device for distributing the computer program, a non-temporary storage medium storing the computer program, and the like.

本発明の一実施形態としてのエンジンシステムの概略図である。1 is a schematic view of an engine system as an embodiment of the present invention. ゼオライトのアンモニア吸着特性を表す図である。It is a figure showing the ammonia adsorption | suction characteristic of a zeolite. 制御部における制御手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the control procedure in a control part. 内燃機関の始動後における各部の状態の変化について示す図である。It is a figure shown about the change of the state of each part after the start of an internal combustion engine. 三元触媒及びSCR触媒における反応の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of reaction in a three-way catalyst and an SCR catalyst.

<実施形態>
図1は、本発明の一実施形態としてのエンジンシステム1の概略図である。エンジンシステム1は、例えば車両に搭載されて、車両を駆動させるための駆動力を生み出す。エンジンシステム1は、駆動力を生み出す燃焼装置20と、燃焼装置20からの排気中における有害物質、例えば、アンモニア(NH3)、窒素酸化物(NOx)等を浄化する排気浄化装置10とを備える。
<Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram of an engine system 1 as an embodiment of the present invention. The engine system 1 is mounted on a vehicle, for example, and generates a driving force for driving the vehicle. The engine system 1 includes a combustion device 20 that generates driving force, and an exhaust purification device 10 that purifies harmful substances such as ammonia (NH 3 ) and nitrogen oxide (NOx) in exhaust gas from the combustion device 20. .

燃焼装置20は、燃焼状態制御部21と、内燃機関22とを備える。内燃機関22は、アンモニアガスを燃焼させて駆動力を得るアンモニアエンジンである。以降、アンモニアガスを単に「アンモニア」と呼ぶ。燃焼状態制御部21は、スロットル(図示省略)を調整して内燃機関22への空気流量を変更すると共に、燃料供給弁(図示省略)を調整して内燃機関22への燃料供給量を変更する。これにより、燃焼状態制御部21は、内燃機関22内、及び、内燃機関22から排出される排気中の空気と燃料の質量比(混合比)を、過濃、量論、希薄の各状態へと制御する。混合比について、「Φ=理論空燃比/実際の混合気の空燃比」としたとき、過濃状態はΦ>1となる混合比を意味し、量論状態はΦ=1となる混合比を意味し、希薄状態はΦ<1となる混合比を意味する。Φは「当量比」とも呼ばれる。燃焼状態制御部21は、例えば、電子制御ユニット(ECU、Electronic Control Unit)により実装される。   The combustion device 20 includes a combustion state control unit 21 and an internal combustion engine 22. The internal combustion engine 22 is an ammonia engine that obtains driving force by burning ammonia gas. Hereinafter, the ammonia gas is simply referred to as “ammonia”. The combustion state control unit 21 adjusts the throttle (not shown) to change the air flow rate to the internal combustion engine 22 and adjusts the fuel supply valve (not shown) to change the fuel supply amount to the internal combustion engine 22. . Thereby, the combustion state control unit 21 changes the mass ratio (mixing ratio) of the air and the fuel in the internal combustion engine 22 and in the exhaust discharged from the internal combustion engine 22 to each of the rich state, the stoichiometric state, and the lean state. And control. When “Φ = theoretical air / fuel ratio / the actual air / fuel ratio of the air / fuel mixture”, the overconcentrated state means a mixture ratio where Φ> 1, and the stoichiometric state means a mixture ratio where Φ = 1. This means that the lean state means a mixing ratio where Φ <1. Φ is also called “equivalent ratio”. The combustion state control unit 21 is mounted by, for example, an electronic control unit (ECU, Electronic Control Unit).

本実施形態の排気浄化装置10は、酸化還元触媒と、選択還元触媒とを用いて、排気中の有害物質を浄化する。以下の説明では、酸化還元触媒として、三元触媒(Three-Way Catalyst)を例示し、選択還元触媒としてSCR触媒(Selective Catalytic Reduction catalyst)を例示する。なお、酸化還元触媒としては、酸化作用及び還元作用を有する触媒である限りにおいて、三元触媒以外の触媒も利用できる。例えば、酸化還元触媒としては、セラミックスや酸化チタン等を担体として用い、白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属を活性触媒成分として担持した触媒を利用できる。同様に、選択還元触媒としては、アンモニアの吸着作用を有する触媒である限りにおいて、SCR触媒以外の触媒も利用できる。例えば、選択還元触媒としては、セラミックスや酸化チタン等を担体として用い、ゼオライトを活性触媒成分として担持した触媒を利用できる。   The exhaust purification device 10 of this embodiment purifies harmful substances in exhaust using a redox catalyst and a selective reduction catalyst. In the following explanation, a three-way catalyst (Three-Way Catalyst) is exemplified as the oxidation-reduction catalyst, and an SCR catalyst (Selective Catalytic Reduction catalyst) is exemplified as the selective reduction catalyst. As the oxidation-reduction catalyst, a catalyst other than the three-way catalyst can be used as long as the catalyst has an oxidation action and a reduction action. For example, as the oxidation-reduction catalyst, a catalyst using ceramics, titanium oxide or the like as a carrier and supporting a noble metal such as platinum, rhodium or palladium as an active catalyst component can be used. Similarly, as the selective reduction catalyst, a catalyst other than the SCR catalyst can be used as long as the catalyst has an ammonia adsorption action. For example, as the selective reduction catalyst, a catalyst using ceramics, titanium oxide or the like as a carrier and supporting zeolite as an active catalyst component can be used.

また、以下の説明では、排気浄化装置10のうち、内燃機関22に近い側を「上流側」と呼び、内燃機関22に遠い側を「下流側」と呼ぶ。図1の場合、左側が上流側に相当し、右側が下流側に相当する。   Further, in the following description, in the exhaust purification device 10, the side closer to the internal combustion engine 22 is referred to as “upstream side”, and the side farther from the internal combustion engine 22 is referred to as “downstream side”. In the case of FIG. 1, the left side corresponds to the upstream side, and the right side corresponds to the downstream side.

排気浄化装置10は、排気浄化装置10の各部を制御する制御部11と、内燃機関22から伸びる排気管19と、排気管19上にそれぞれ設けられた三元触媒12と、SCR触媒13と、混合比取得部14と、第2温度取得部15と、第1温度取得部16とを備える。   The exhaust purification device 10 includes a control unit 11 that controls each part of the exhaust purification device 10, an exhaust pipe 19 extending from the internal combustion engine 22, a three-way catalyst 12 provided on the exhaust pipe 19, and an SCR catalyst 13, respectively. A mixing ratio acquisition unit 14, a second temperature acquisition unit 15, and a first temperature acquisition unit 16 are provided.

制御部11は、混合比取得部14、第2温度取得部15、第1温度取得部16から取得された各取得値を表す信号を受信する。制御部11は、受信した各取得値を用いて後述する制御(図3)を実行し、内燃機関22の混合比を切り替えることによって、三元触媒12及びSCR触媒13の上流側における排気の混合比を切り替える。制御部11は、例えば、ECUにより実装される。排気管19は、内燃機関22からの排気が流通する主流路を形成する。内燃機関22からの排気は、排気管19内の主流路を通って、三元触媒12と、SCR触媒13とを通過して外気に放出される。   The control unit 11 receives signals representing the acquired values acquired from the mixture ratio acquisition unit 14, the second temperature acquisition unit 15, and the first temperature acquisition unit 16. The control unit 11 performs control (FIG. 3), which will be described later, using each received acquired value and switches the mixing ratio of the internal combustion engine 22, thereby mixing the exhaust gas upstream of the three-way catalyst 12 and the SCR catalyst 13. Switch ratio. The control part 11 is mounted by ECU, for example. The exhaust pipe 19 forms a main flow path through which exhaust from the internal combustion engine 22 flows. Exhaust gas from the internal combustion engine 22 passes through the main flow path in the exhaust pipe 19, passes through the three-way catalyst 12 and the SCR catalyst 13, and is discharged to the outside air.

混合比取得部14は、三元触媒12より上流側における、内燃機関22からの排気(排出ガス)の酸素(O2)濃度(すなわち混合比)を取得する。混合比取得部14は、例えば、排気管19に設けられた酸素センサやアンモニアセンサによって測定された測定信号を取得することで実現できる。混合比取得部14は「混合比取得部」に相当する。 The mixture ratio acquisition unit 14 acquires the oxygen (O 2 ) concentration (that is, the mixture ratio) of the exhaust (exhaust gas) from the internal combustion engine 22 on the upstream side of the three-way catalyst 12. The mixing ratio acquisition unit 14 can be realized, for example, by acquiring a measurement signal measured by an oxygen sensor or an ammonia sensor provided in the exhaust pipe 19. The mixing ratio acquisition unit 14 corresponds to a “mixing ratio acquisition unit”.

三元触媒12は、主流路において最上流側、換言すればSCR触媒13よりも上流側に配置されている。三元触媒12は、排気中のアンモニア、NOx、水素(H2)を浄化することができるものの、混合比が量論近傍の所定範囲から外れた場合には、これらの浄化性能が低下するという特性を持つ。第2温度取得部15は、三元触媒12の温度を測定するセンサであり、本実施形態では、三元触媒12の触媒内の温度(いわゆる床温)を測定する。なお、第2温度取得部15は、三元触媒12の床温に代えて、三元触媒12の出入口近傍における温度を測定してもよい。第2温度取得部15は「第2温度取得部」に相当する。 The three-way catalyst 12 is arranged on the most upstream side in the main flow path, in other words, on the upstream side of the SCR catalyst 13. Although the three-way catalyst 12 can purify ammonia, NOx, and hydrogen (H 2 ) in the exhaust gas, when the mixing ratio deviates from a predetermined range in the vicinity of the stoichiometry, the purification performance is reduced. Has characteristics. The 2nd temperature acquisition part 15 is a sensor which measures the temperature of the three way catalyst 12, and measures the temperature (what is called bed temperature) in the catalyst of the three way catalyst 12 in this embodiment. The second temperature acquisition unit 15 may measure the temperature in the vicinity of the inlet / outlet of the three-way catalyst 12 instead of the bed temperature of the three-way catalyst 12. The second temperature acquisition unit 15 corresponds to a “second temperature acquisition unit”.

SCR触媒13は、主流路において最下流側、換言すれば三元触媒12よりも下流側に配置されている。SCR触媒13は、アンモニアを還元剤として、排気中のNOxを浄化することができる。第1温度取得部16は、SCR触媒13の温度を測定するセンサであり、本実施形態では、SCR触媒13の触媒内の温度(いわゆる床温)を測定する。なお、第1温度取得部16は、SCR触媒13の床温に代えて、SCR触媒13の出入口近傍における温度を測定してもよい。第1温度取得部16は「温度取得部」に相当する。   The SCR catalyst 13 is disposed on the most downstream side in the main flow path, in other words, on the downstream side of the three-way catalyst 12. The SCR catalyst 13 can purify NOx in the exhaust gas using ammonia as a reducing agent. The 1st temperature acquisition part 16 is a sensor which measures the temperature of the SCR catalyst 13, and measures the temperature (what is called bed temperature) in the catalyst of the SCR catalyst 13 in this embodiment. The first temperature acquisition unit 16 may measure the temperature in the vicinity of the inlet / outlet of the SCR catalyst 13 instead of the bed temperature of the SCR catalyst 13. The first temperature acquisition unit 16 corresponds to a “temperature acquisition unit”.

図2は、ゼオライトのアンモニア吸着特性を表す図である。SCR触媒13に含まれるゼオライトは、アンモニアを吸着する性質を有する。図2の縦軸は、SCR触媒13(ゼオライト)の下流側におけるアンモニア濃度を表し、横軸は、SCR触媒13(ゼオライト)へのアンモニア流入量を表す。図示のように、アンモニアの流入量が所定値を超えるまでの範囲L1において、SCR触媒13は、供給されたアンモニアの全量を吸着することができる。一方で、アンモニアの流入量が所定値を超えた後の範囲L2では、SCR触媒13に吸着されるアンモニアの量は徐々に減少する。本実施形態のSCR触媒13には、内燃機関22の始動後、SCR触媒13の温度が約200℃に到達するまでの間に排出されるアンモニアの全量を吸着することが可能な量のゼオライトを担持させている。なお、ゼオライトにおけるアンモニアの飽和吸着量は、温度が上昇するにつれて減少するという特性がある。   FIG. 2 is a diagram showing the ammonia adsorption characteristics of zeolite. The zeolite contained in the SCR catalyst 13 has a property of adsorbing ammonia. The vertical axis in FIG. 2 represents the ammonia concentration on the downstream side of the SCR catalyst 13 (zeolite), and the horizontal axis represents the amount of ammonia flowing into the SCR catalyst 13 (zeolite). As shown in the drawing, the SCR catalyst 13 can adsorb the entire amount of supplied ammonia in the range L1 until the inflow amount of ammonia exceeds a predetermined value. On the other hand, in the range L2 after the inflow amount of ammonia exceeds a predetermined value, the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst 13 gradually decreases. In the SCR catalyst 13 of the present embodiment, an amount of zeolite that can adsorb the entire amount of ammonia discharged after the internal combustion engine 22 is started and before the temperature of the SCR catalyst 13 reaches about 200 ° C. It is supported. Note that the saturated adsorption amount of ammonia in the zeolite has a characteristic of decreasing as the temperature increases.

図3は、制御部11における制御手順の一例を示すフローチャートである。図3の制御は、排気浄化装置10の状態を監視すると共に、SCR触媒13に吸着されたアンモニアを除去するための制御である。   FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a control procedure in the control unit 11. The control in FIG. 3 is a control for removing the ammonia adsorbed on the SCR catalyst 13 while monitoring the state of the exhaust purification device 10.

ステップS1において制御部11は、開始条件が成立したか否かを判定する。開始条件としては種々の条件を利用でき、例えば、以下の条件a1〜a3の少なくとも1つ以上を利用できる。以降の説明では、条件a1を採用する場合を例示して説明する。   In step S1, the control unit 11 determines whether a start condition is satisfied. Various conditions can be used as the start condition. For example, at least one of the following conditions a1 to a3 can be used. In the following description, a case where the condition a1 is employed will be described as an example.

(a1)内燃機関22が始動した場合:制御部11は、内燃機関22の始動を検出した場合、開始条件が成立したと判定する。本条件は、内燃機関22の始動直後においてSCR触媒13に吸着されたアンモニアを除去したい場合に有用である。
(a2)前回の制御から一定時間が経過した場合:制御部11は、例えば、前回ステップS6を実行してから任意に定めた一定時間が経過した場合、開始条件が成立したと判定する。本条件は、SCR触媒13に吸着されたアンモニアを定期的に除去したい場合に有用である。
(a3)排気浄化装置10からのアンモニアの排出を検出した場合:制御部11は、SCR触媒13の下流側におけるアンモニア濃度を取得または推定し、このアンモニア濃度が一定値を超えた場合、開始条件が成立したと判定する。本条件は、SCR触媒13に吸着されたアンモニアを検出し除去できるため有用である。この場合、排気浄化装置10には、SCR触媒13の下流側にアンモニアセンサ(図示省略)を備えてもよい。
(A1) When the internal combustion engine 22 is started: When the control unit 11 detects the start of the internal combustion engine 22, it determines that the start condition is satisfied. This condition is useful when it is desired to remove ammonia adsorbed on the SCR catalyst 13 immediately after the internal combustion engine 22 is started.
(A2) When a certain period of time has elapsed since the previous control: For example, the control unit 11 determines that the start condition is satisfied when an arbitrarily determined period of time has elapsed since the previous execution of step S6. This condition is useful when it is desired to periodically remove ammonia adsorbed on the SCR catalyst 13.
(A3) When the discharge of ammonia from the exhaust purification device 10 is detected: the control unit 11 acquires or estimates the ammonia concentration on the downstream side of the SCR catalyst 13, and when this ammonia concentration exceeds a certain value, the start condition Is determined to have been established. This condition is useful because ammonia adsorbed on the SCR catalyst 13 can be detected and removed. In this case, the exhaust purification device 10 may include an ammonia sensor (not shown) on the downstream side of the SCR catalyst 13.

ステップS1の開始条件が成立していない場合(ステップS1:NO)、制御部11は、処理をステップS1へ遷移させ、開始条件の成立を監視する。一方、開始条件が成立した場合(ステップS1:YES)、制御部11は、処理をステップS2へ遷移させる。   When the start condition of step S1 is not satisfied (step S1: NO), the control unit 11 shifts the process to step S1 and monitors the satisfaction of the start condition. On the other hand, when the start condition is satisfied (step S1: YES), the control unit 11 shifts the process to step S2.

ステップS2において制御部11は、第1温度取得部16からSCR触媒13の温度を取得する。ステップS3において制御部11は、取得したSCR触媒13の温度が、SCR触媒13の活性化温度を超えたか否かを判定する。ステップS3の「活性化温度」とは、SCR触媒13において、アンモニアによるNOxの還元反応が活発化する下限温度を意味し、予め定められて制御部11内の図示しない記憶部に記憶されている。SCR触媒13の温度が活性化温度を超えていない場合(ステップS3:NO)、制御部11は、処理をステップS2へ遷移させ、SCR触媒13の温度を監視する。一方、SCR触媒13の温度が活性化温度を超えた場合(ステップS3:YES)、制御部11は、処理をステップS4へ遷移させる。   In step S <b> 2, the control unit 11 acquires the temperature of the SCR catalyst 13 from the first temperature acquisition unit 16. In step S <b> 3, the control unit 11 determines whether or not the acquired temperature of the SCR catalyst 13 exceeds the activation temperature of the SCR catalyst 13. “Activation temperature” in step S3 means a lower limit temperature at which the reduction reaction of NOx by ammonia is activated in the SCR catalyst 13, and is predetermined and stored in a storage unit (not shown) in the control unit 11. . When the temperature of the SCR catalyst 13 does not exceed the activation temperature (step S3: NO), the control unit 11 shifts the process to step S2 and monitors the temperature of the SCR catalyst 13. On the other hand, when the temperature of the SCR catalyst 13 exceeds the activation temperature (step S3: YES), the controller 11 shifts the process to step S4.

ステップS4において制御部11は、内燃機関22の混合比を量論から希薄へと変更させる。具体的には、制御部11は、内燃機関22の混合比を希薄へと変更する旨の指示信号を燃焼状態制御部21へと送信する。指示信号を受信した燃焼状態制御部21は、内燃機関22に対する空気及び燃料供給量を変更することで、内燃機関22の混合比を量論から希薄へと変更する。これにより、三元触媒12及びSCR触媒13の上流側における排気の混合比も、量論から希薄へと変更される。   In step S4, the control unit 11 changes the mixing ratio of the internal combustion engine 22 from stoichiometry to lean. Specifically, the control unit 11 transmits an instruction signal for changing the mixing ratio of the internal combustion engine 22 to lean to the combustion state control unit 21. The combustion state control unit 21 that has received the instruction signal changes the mixing ratio of the internal combustion engine 22 from stoichiometry to lean by changing the amount of air and fuel supplied to the internal combustion engine 22. Accordingly, the exhaust gas mixing ratio on the upstream side of the three-way catalyst 12 and the SCR catalyst 13 is also changed from stoichiometry to lean.

ステップS5において制御部11は、終了条件が成立したか否かを判定する。終了条件としては種々の条件を利用でき、例えば、以下の条件b1、b1−1のいずれかを利用できる。以降の説明では、条件b1−1を採用する場合を例示して説明する。   In step S5, the control unit 11 determines whether an end condition is satisfied. Various conditions can be used as the termination condition. For example, one of the following conditions b1 and b1-1 can be used. In the following description, a case where the condition b1-1 is employed will be described as an example.

(b1)混合気を希薄としてから一定時間が経過した場合:制御部11は、ステップS4において内燃機関22の混合気を希薄とさせてから一定時間が経過した場合、終了条件が成立したと判定する。この一定時間は任意に定めることができ、例えば、SCR触媒13において吸着可能なアンモニアの全量がNOxの還元作用で消費されるまでの時間とできる。
(b1−1)SCR触媒13に吸着されたアンモニアの除去が完了した場合:制御部11は、条件b1の「一定時間」を次のようにして求めることで、終了条件を、SCR触媒13に吸着されたアンモニアの除去が完了した場合としてもよい。制御部11は、まず、第2温度取得部15により取得された三元触媒12の温度と、混合比取得部14により取得された排気の混合比とから、予め実験等により求めた算出式やマップ等を用いて、SCR触媒13に吸着されているアンモニアの量を推定する。制御部11は、推定した量のアンモニアがNOxの還元作用で消費されるまでの時間(消費時間)を求め、求めた消費時間を「一定時間」とする。
(B1) When a certain time has elapsed since the air-fuel mixture is lean: The control unit 11 determines that the end condition is satisfied when a certain time has elapsed since the air-fuel mixture of the internal combustion engine 22 is made lean in step S4. To do. This fixed time can be arbitrarily determined, and can be, for example, the time until the total amount of ammonia that can be adsorbed in the SCR catalyst 13 is consumed by the reduction action of NOx.
(B1-1) When the removal of the ammonia adsorbed on the SCR catalyst 13 is completed: The control unit 11 obtains the “certain time” of the condition b1 as follows, thereby setting the end condition to the SCR catalyst 13. The removal of the adsorbed ammonia may be completed. First, the control unit 11 calculates a calculation formula obtained from an experiment or the like in advance from the temperature of the three-way catalyst 12 acquired by the second temperature acquisition unit 15 and the exhaust gas mixture ratio acquired by the mixture ratio acquisition unit 14. The amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst 13 is estimated using a map or the like. The control unit 11 obtains a time (consumption time) until the estimated amount of ammonia is consumed by the reduction action of NOx, and sets the obtained consumption time as “a certain time”.

ステップS5の終了条件が成立していない場合(ステップS5:NO)、制御部11は、処理をステップS5へ遷移させ、終了条件の成立を監視する。この間、内燃機関22の混合比、すなわち、三元触媒12及びSCR触媒13の上流側における排気の混合比は希薄のまま維持される。一方、終了条件が成立した場合(ステップS5:YES)、制御部11は、処理をステップS6へ遷移させる。   When the termination condition of step S5 is not satisfied (step S5: NO), the control unit 11 shifts the process to step S5 and monitors the satisfaction of the termination condition. During this time, the mixture ratio of the internal combustion engine 22, that is, the exhaust gas mixture ratio upstream of the three-way catalyst 12 and the SCR catalyst 13, is maintained lean. On the other hand, when the termination condition is satisfied (step S5: YES), the control unit 11 shifts the process to step S6.

ステップS6において制御部11は、内燃機関22の混合比を希薄から量論へと変更させる。具体的には、制御部11は、内燃機関22の混合比を量論へと変更する旨の指示信号を燃焼状態制御部21へと送信する。指示信号を受信した燃焼状態制御部21は、内燃機関22に対する空気及び燃料供給量を変更することで、内燃機関22の混合比を希薄から量論へと変更する。これにより、三元触媒12及びSCR触媒13の上流側における排気の混合比も、希薄から量論へと変更される。ステップS6の終了後、制御部11は、処理をステップS1へと遷移させ、再び開始条件が成立するまで待機する。この結果、再び開始条件が成立するまでの間は、内燃機関22の混合比、すなわち、三元触媒12及びSCR触媒13の上流側における排気の混合比は量論のまま維持される。   In step S6, the control unit 11 changes the mixing ratio of the internal combustion engine 22 from lean to stoichiometric. Specifically, the control unit 11 transmits an instruction signal for changing the mixing ratio of the internal combustion engine 22 to the stoichiometry to the combustion state control unit 21. The combustion state control unit 21 that has received the instruction signal changes the mixing ratio of the internal combustion engine 22 from lean to quantitative by changing the air and fuel supply amounts to the internal combustion engine 22. Thereby, the exhaust gas mixing ratio upstream of the three-way catalyst 12 and the SCR catalyst 13 is also changed from lean to stoichiometric. After the end of step S6, the control unit 11 shifts the process to step S1 and waits until the start condition is satisfied again. As a result, until the start condition is satisfied again, the mixing ratio of the internal combustion engine 22, that is, the mixing ratio of the exhaust gas upstream of the three-way catalyst 12 and the SCR catalyst 13, is maintained in a stoichiometric manner.

図4は、内燃機関22の始動後における各部の状態の変化について示す図である。図4(A)は、SCR触媒13の出口におけるアンモニア濃度C4、換言すれば、排気浄化装置10から排出されるアンモニア濃度C4の経時的変化を表す。図4(B)は、SCR触媒13に吸着されたアンモニアの量AA(アンモニア吸着量)の経時的変化を表す。図4(C)は、三元触媒12の出口におけるアンモニア濃度C2及びNOx濃度C3、換言すれば、SCR触媒13へと流入するアンモニア濃度C2及びNOx濃度C3の経時的変化を表す。図4(D)は、三元触媒12及びSCR触媒13の上流側における排気の混合比MRの経時的変化を表す。図4(E)は、内燃機関22の出口におけるアンモニア濃度C1の経時的変化を表す。図4(F)は、三元触媒12の温度ORt及びSCR触媒13の温度SCRtの経時的変化を表す。   FIG. 4 is a diagram showing a change in the state of each part after the internal combustion engine 22 is started. FIG. 4A shows the change over time in the ammonia concentration C4 at the outlet of the SCR catalyst 13, in other words, the ammonia concentration C4 discharged from the exhaust purification device 10. FIG. 4B shows a change with time of the amount AA (ammonia adsorption amount) of ammonia adsorbed on the SCR catalyst 13. FIG. 4C shows changes over time in the ammonia concentration C2 and the NOx concentration C3 at the outlet of the three-way catalyst 12, in other words, the ammonia concentration C2 and the NOx concentration C3 flowing into the SCR catalyst 13. FIG. 4D shows the change over time in the exhaust gas mixture ratio MR on the upstream side of the three-way catalyst 12 and the SCR catalyst 13. FIG. 4E shows the change over time of the ammonia concentration C1 at the outlet of the internal combustion engine 22. FIG. 4F shows the change over time of the temperature ORt of the three-way catalyst 12 and the temperature SCRt of the SCR catalyst 13.

図5は、三元触媒12及びSCR触媒13における反応の概要を示す図である。図5では、排気中の有害物質であるアンモニア、NOxに加えてさらに、有害物質以外の酸素、窒素(N2)、水(H2O)、水素等についても図示している。以降、図4及び図5を用いて、図3の制御を通じた各部の変化について説明する。 FIG. 5 is a diagram showing an outline of the reaction in the three-way catalyst 12 and the SCR catalyst 13. FIG. 5 also shows oxygen, nitrogen (N 2 ), water (H 2 O), hydrogen, and the like other than harmful substances in addition to ammonia and NOx that are harmful substances in exhaust gas. Hereinafter, the change of each part through the control of FIG. 3 will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

内燃機関22が始動された時刻t0から、三元触媒12の温度ORtが活性化温度Th1を超える時刻t2までの区間r1(図3、ステップS1):   Section r1 from time t0 when the internal combustion engine 22 is started to time t2 when the temperature ORt of the three-way catalyst 12 exceeds the activation temperature Th1 (FIG. 3, step S1):

図4(E)に示すように、内燃機関22が始動された時刻t0から、始動直後の時刻t1までの間は、内燃機関22における未燃アンモニア量が多いことに起因して、内燃機関22の出口アンモニア濃度C1が急増している。その後、時刻t1から時刻t2にかけて、内燃機関22における燃焼が安定することから、内燃機関22の出口アンモニア濃度C1は徐々に減少する。なお、混合比MRは、図4(D)に示すように量論に維持されている。   As shown in FIG. 4 (E), from the time t0 when the internal combustion engine 22 is started to the time t1 immediately after the start, the internal combustion engine 22 has a large amount of unburned ammonia. The outlet ammonia concentration C1 increased rapidly. Thereafter, the combustion in the internal combustion engine 22 is stabilized from time t1 to time t2, and therefore the outlet ammonia concentration C1 of the internal combustion engine 22 gradually decreases. The mixing ratio MR is maintained at a stoichiometry as shown in FIG.

このとき、図4(F)に示すように、三元触媒12の温度ORtは、活性化温度Th1(三元触媒12において酸化還元反応が活発化する下限温度)未満である。このため、三元触媒12によるアンモニアの酸化及びNOxの還元が十分に進行せず、三元触媒12に流入した排気中のアンモニアとNOxとは、図4(C)及び図5(A)に示すように、三元触媒12の出口から排出される。なお、図4(C)において、三元触媒12の出口アンモニア濃度C2及び出口NOx濃度C3が徐々に低下しているのは、三元触媒12の温度ORtの上昇に伴って、三元触媒12でのアンモニアの酸化及びNOxの還元が徐々に進行するためである。   At this time, as shown in FIG. 4F, the temperature ORt of the three-way catalyst 12 is lower than the activation temperature Th1 (the lower limit temperature at which the oxidation-reduction reaction is activated in the three-way catalyst 12). Therefore, the oxidation of ammonia and the reduction of NOx by the three-way catalyst 12 do not proceed sufficiently, and the ammonia and NOx in the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 12 are shown in FIGS. 4 (C) and 5 (A). As shown, it is discharged from the outlet of the three-way catalyst 12. In FIG. 4C, the outlet ammonia concentration C2 and the outlet NOx concentration C3 of the three-way catalyst 12 are gradually decreased as the temperature ORt of the three-way catalyst 12 increases. This is because the oxidation of ammonia and the reduction of NOx proceed gradually.

三元触媒12の出口から排出されたアンモニアはほぼ全て、図5(A)に示すようにSCR触媒13に吸着され、SCR触媒13におけるアンモニア吸着量AAは、図4(B)に示すように徐々に増加していく。なお、三元触媒12の出口から排出されたNOxは、SCR触媒13を通過し、排気浄化装置10から排出される。   Almost all of the ammonia discharged from the outlet of the three-way catalyst 12 is adsorbed by the SCR catalyst 13 as shown in FIG. 5A, and the ammonia adsorption amount AA in the SCR catalyst 13 is as shown in FIG. 4B. It gradually increases. Note that NOx discharged from the outlet of the three-way catalyst 12 passes through the SCR catalyst 13 and is discharged from the exhaust purification device 10.

このように、内燃機関の始動直後等、三元触媒12(酸化還元触媒)やSCR触媒13(選択還元触媒)が活性化温度Th1,Th2に達する前の区間r1においては、SCR触媒13に排気中のアンモニアを吸着させることによって、アンモニアの排出を抑制できる(図4(A)、図5(A))。   As described above, in the interval r1 before the three-way catalyst 12 (oxidation-reduction catalyst) or the SCR catalyst 13 (selective reduction catalyst) reaches the activation temperatures Th1, Th2, such as immediately after the start of the internal combustion engine, the exhaust gas is exhausted to the SCR catalyst 13. By adsorbing the ammonia therein, the discharge of ammonia can be suppressed (FIGS. 4A and 5A).

三元触媒12の温度ORtが活性化温度Th1を超える時刻t2から、SCR触媒13の温度SCRtが活性化温度Th2を超える時刻t3までの区間r2(図3、ステップS2、S3:NO):   Section r2 from time t2 when the temperature ORt of the three-way catalyst 12 exceeds the activation temperature Th1 to time t3 when the temperature SCRt of the SCR catalyst 13 exceeds the activation temperature Th2 (FIG. 3, steps S2 and S3: NO):

図4(E)に示すように、時刻t2から時刻t3にかけて、内燃機関22における燃焼が安定しているため、内燃機関22の出口アンモニア濃度C1はほぼ一定である。なお、混合比MRは、図4(D)に示すように量論に維持されている。   As shown in FIG. 4E, since the combustion in the internal combustion engine 22 is stable from time t2 to time t3, the outlet ammonia concentration C1 of the internal combustion engine 22 is substantially constant. The mixing ratio MR is maintained at a stoichiometry as shown in FIG.

このとき、図4(F)に示すように、三元触媒12の温度ORtは、活性化温度Th1以上である。このため、三元触媒12におけるアンモニアの酸化反応と、NOxの還元反応とが進行し、三元触媒12に流入した排気中のアンモニアとNOxとは、図4(C)及び図5(B)に示すように、三元触媒12においてそれぞれ浄化され、排出されない。この結果、SCR触媒13にアンモニアが流入しないため、SCR触媒13におけるアンモニア吸着量AAは、図4(B)に示すようにほぼ変化しない。   At this time, as shown in FIG. 4F, the temperature ORt of the three-way catalyst 12 is equal to or higher than the activation temperature Th1. For this reason, the oxidation reaction of ammonia in the three-way catalyst 12 and the reduction reaction of NOx proceed, and the ammonia and NOx in the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 12 are shown in FIGS. 4 (C) and 5 (B). As shown in FIG. 2, the three-way catalyst 12 is purified and not discharged. As a result, since ammonia does not flow into the SCR catalyst 13, the ammonia adsorption amount AA in the SCR catalyst 13 does not substantially change as shown in FIG.

このように、三元触媒12(酸化還元触媒)が活性化温度Th1に達した後であって、SCR触媒13(選択還元触媒)が活性化温度Th2に達する前の区間r2においては、三元触媒12及びSCR触媒13の上流側における排気の混合比MRが量論であるため、三元触媒12で排気中のアンモニアを酸化反応させると共に、排気中のNOxを還元反応させることができ、アンモニアの排出を抑制できる(図4(A)、図5(B))。   Thus, in the section r2 after the three-way catalyst 12 (redox catalyst) reaches the activation temperature Th1 and before the SCR catalyst 13 (selective reduction catalyst) reaches the activation temperature Th2, the three-way catalyst Since the exhaust gas mixing ratio MR on the upstream side of the catalyst 12 and the SCR catalyst 13 is stoichiometric, the three-way catalyst 12 can oxidize ammonia in the exhaust gas and reduce NOx in the exhaust gas. Can be suppressed (FIGS. 4A and 5B).

SCR触媒13の温度SCRtが活性化温度Th2を超える時刻t3以降の区間r3のうち、時刻t3から終了条件が成立する時刻t4までの間(図3、ステップS3:YES、S4、S5:NO):   In a section r3 after time t3 when the temperature SCRt of the SCR catalyst 13 exceeds the activation temperature Th2, from time t3 to time t4 when the end condition is satisfied (FIG. 3, steps S3: YES, S4, S5: NO). :

図4(E)に示すように、時刻t3から時刻t4にかけても、内燃機関22における燃焼が安定しているため、内燃機関22の出口アンモニア濃度C1はほぼ一定である。また、図3のステップS4により、混合比MRは、図4(D)に示すように量論から希薄へと変更される。混合比MRが量論でなくなるため、三元触媒12によるNOxの還元が十分に進行せず、三元触媒12に流入した排気中のNOxは、図4(C)及び図5(C)に示すように、三元触媒12の出口から排出される。   As shown in FIG. 4E, since the combustion in the internal combustion engine 22 is stable from time t3 to time t4, the outlet ammonia concentration C1 of the internal combustion engine 22 is substantially constant. Further, by step S4 in FIG. 3, the mixture ratio MR is changed from stoichiometry to lean as shown in FIG. Since the mixing ratio MR is no longer stoichiometric, the reduction of NOx by the three-way catalyst 12 does not proceed sufficiently, and the NOx in the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 12 is shown in FIGS. 4 (C) and 5 (C). As shown, it is discharged from the outlet of the three-way catalyst 12.

このとき、図4(F)に示すように、SCR触媒13の温度SCRtは、活性化温度Th2(SCR触媒13においてNOxの還元反応が活発化する下限温度)以上である。このため、SCR触媒13では、図5(C)に示すように、蓄積されているアンモニアを還元剤として、排気中のNOxを還元する還元作用が進行する。SCR触媒13での還元作用でアンモニアが消費されることに伴い、図4(B)に示すように、SCR触媒13におけるアンモニア吸着量AAは徐々に減少する。   At this time, as shown in FIG. 4F, the temperature SCRt of the SCR catalyst 13 is equal to or higher than the activation temperature Th2 (the lower limit temperature at which the NOx reduction reaction is activated in the SCR catalyst 13). For this reason, in the SCR catalyst 13, as shown in FIG. 5C, the reducing action of reducing NOx in the exhaust gas proceeds using the accumulated ammonia as a reducing agent. As ammonia is consumed by the reducing action at the SCR catalyst 13, the ammonia adsorption amount AA at the SCR catalyst 13 gradually decreases as shown in FIG. 4B.

このように、SCR触媒13(選択還元触媒)が活性化温度Th2に達した後の区間r3においては、三元触媒12及びSCR触媒13の上流側における排気の混合比MRが量論から希薄へと変更されるため、SCR触媒13で吸着されているアンモニアと排気中のNOxとを還元反応させることができ、アンモニアの排出を抑制できると共に、SCR触媒13に吸着されているアンモニアを除去することができる(図4(A)、図5(C)及び(D))。   As described above, in the interval r3 after the SCR catalyst 13 (selective reduction catalyst) reaches the activation temperature Th2, the exhaust gas mixing ratio MR on the upstream side of the three-way catalyst 12 and the SCR catalyst 13 decreases from stoichiometry. Therefore, the ammonia adsorbed by the SCR catalyst 13 and the NOx in the exhaust gas can be reduced, the ammonia emission can be suppressed, and the ammonia adsorbed by the SCR catalyst 13 can be removed. (FIG. 4 (A), FIG. 5 (C) and (D)).

SCR触媒13の温度SCRtが活性化温度Th2を超える時刻t3以降の区間r3のうち、終了条件が成立する時刻t4以降(図3、ステップS5:YES、S6):   Of the section r3 after time t3 when the temperature SCRt of the SCR catalyst 13 exceeds the activation temperature Th2, after time t4 when the end condition is satisfied (FIG. 3, Steps S5: YES, S6):

図4(E)に示すように、時刻t4から時刻t5にかけても、内燃機関22における燃焼が安定しているため、内燃機関22の出口アンモニア濃度C1はほぼ一定である。また、図3のステップS6により、混合比MRは、図4(D)に示すように希薄から量論へと変更される。   As shown in FIG. 4E, since the combustion in the internal combustion engine 22 is stable from time t4 to time t5, the outlet ammonia concentration C1 of the internal combustion engine 22 is substantially constant. Further, by step S6 in FIG. 3, the mixture ratio MR is changed from lean to stoichiometric as shown in FIG.

混合比MRが量論に戻るため、三元触媒12におけるアンモニアの酸化反応と、NOxの還元反応とが進行し、三元触媒12に流入した排気中のアンモニアとNOxとは、図4(C)及び図5(B)に示すように、三元触媒12においてそれぞれ浄化され、排出されない。この結果、SCR触媒13にアンモニアが流入しないため、SCR触媒13におけるアンモニア吸着量AAは、図4(B)に示すようにほぼ変化しない。   Since the mixing ratio MR returns to the stoichiometry, ammonia oxidation reaction and NOx reduction reaction in the three-way catalyst 12 proceed, and the ammonia and NOx in the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 12 are shown in FIG. ) And FIG. 5B, the three-way catalyst 12 is purified and not discharged. As a result, since ammonia does not flow into the SCR catalyst 13, the ammonia adsorption amount AA in the SCR catalyst 13 does not substantially change as shown in FIG.

このように、SCR触媒13(選択還元触媒)が活性化温度Th2に達した後の区間r3であって、三元触媒12及びSCR触媒13の上流側における排気の混合比MRが量論へと変更された後においては、三元触媒12(酸化還元触媒)で排気中のアンモニアを酸化反応させると共に、三元触媒12で排気中のNOxを還元反応させることができ、アンモニアの排出を抑制できる(図4(A)、図5(B))。   In this way, in the interval r3 after the SCR catalyst 13 (selective reduction catalyst) reaches the activation temperature Th2, the exhaust mixture ratio MR on the upstream side of the three-way catalyst 12 and the SCR catalyst 13 becomes stoichiometric. After the change, the three-way catalyst 12 (oxidation-reduction catalyst) can oxidize ammonia in the exhaust gas, and the three-way catalyst 12 can reduce the NOx in the exhaust gas, thereby suppressing ammonia discharge. (FIGS. 4A and 5B).

なお、内燃機関22が停止され、三元触媒12及びSCR触媒13が例えば常温のように、活性化温度未満の温度に戻った後、再び内燃機関22が始動された後においても、SCR触媒13に蓄積されたアンモニアは除去されているため、図3〜図5で説明した処理を繰り返し実施することができる。   Even after the internal combustion engine 22 is stopped and the internal combustion engine 22 is started again after the three-way catalyst 12 and the SCR catalyst 13 return to a temperature lower than the activation temperature, for example, at room temperature, the SCR catalyst 13 is also restarted. Since the ammonia accumulated in is removed, the processing described with reference to FIGS. 3 to 5 can be repeatedly performed.

以上のように、上記実施形態の排気浄化装置10では、内燃機関22の始動直後から停止までの終始に亘って、排気浄化装置10からのアンモニアの排出を抑制できる。また、SCR触媒13(選択還元触媒)が活性化温度Th2に達した後においては、SCR触媒13に吸着されているアンモニアを除去することができるため、図5に示す繰り返し動作が可能となる。さらに、本実施形態の排気浄化装置10によれば、三元触媒12(酸化還元触媒)とSCR触媒13との組み合わせによって、排気浄化装置10の構成を簡易化すると共に、排気浄化装置10を小型化できる。   As described above, in the exhaust purification device 10 of the above-described embodiment, the exhaust of ammonia from the exhaust purification device 10 can be suppressed from the start immediately after the internal combustion engine 22 to the stop. Further, after the SCR catalyst 13 (selective reduction catalyst) reaches the activation temperature Th2, the ammonia adsorbed on the SCR catalyst 13 can be removed, so that the repeated operation shown in FIG. 5 is possible. Furthermore, according to the exhaust purification device 10 of the present embodiment, the combination of the three-way catalyst 12 (oxidation-reduction catalyst) and the SCR catalyst 13 simplifies the configuration of the exhaust purification device 10 and reduces the size of the exhaust purification device 10. Can be

また、上記実施形態の排気浄化装置10において、三元触媒12(酸化還元触媒)は主流路の上流側に配置されるため、三元触媒12の温度を上昇しやすくし、三元触媒12が活性化温度Th1に到達するまでの時間を短縮できる。また、SCR触媒13(選択還元触媒)におけるアンモニアの飽和吸着量は、触媒の温度が上昇するにつれて減少するという特性がある。本実施形態の排気浄化装置10によれば、SCR触媒13は主流路の下流側に配置されるため、SCR触媒13の温度を上昇しづらくし、SCR触媒13におけるアンモニアの飽和吸着量の減少を抑制できる。   Further, in the exhaust purification device 10 of the above embodiment, the three-way catalyst 12 (oxidation-reduction catalyst) is disposed on the upstream side of the main flow path, so that the temperature of the three-way catalyst 12 is easily increased, The time until the activation temperature Th1 is reached can be shortened. Further, the saturated adsorption amount of ammonia in the SCR catalyst 13 (selective reduction catalyst) has a characteristic that it decreases as the temperature of the catalyst increases. According to the exhaust purification device 10 of the present embodiment, since the SCR catalyst 13 is disposed on the downstream side of the main flow path, it is difficult to increase the temperature of the SCR catalyst 13, and the amount of saturated adsorption of ammonia in the SCR catalyst 13 is reduced. Can be suppressed.

さらに、制御部11は、図3のステップS4において混合比MRを希薄へと変更させてSCR触媒13(選択還元触媒)によるアンモニアとNOxとの還元反応を進めた後、ステップS5において一定時間の経過後に混合比を量論へと変更させることで、三元触媒12(酸化還元触媒)によるアンモニアの酸化反応、及び、三元触媒12によるNOxの還元反応を継続することができる。また、ステップS5の終了条件として条件b1−1を採用すれば、制御部11は、三元触媒12の温度と排気の混合比とを用いてSCR触媒13に吸着されているアンモニアの量を推定することができ、三元触媒12及びSCR触媒13の上流側における排気の混合比MRを希薄に維持させる一定時間を、推定した量のアンモニアが還元されるまでの間とすることで、SCR触媒13に吸着されているアンモニアの除去を完了させることができる。   Further, the control unit 11 changes the mixture ratio MR to lean in step S4 of FIG. 3 and advances the reduction reaction of ammonia and NOx by the SCR catalyst 13 (selective reduction catalyst), and then in step S5, the control unit 11 performs a certain period of time. By changing the mixing ratio to stoichiometric after the lapse of time, it is possible to continue the ammonia oxidation reaction by the three-way catalyst 12 (redox catalyst) and the NOx reduction reaction by the three-way catalyst 12. If the condition b1-1 is adopted as the end condition of step S5, the control unit 11 estimates the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst 13 using the temperature of the three-way catalyst 12 and the exhaust gas mixture ratio. The predetermined time for maintaining the exhaust gas mixing ratio MR on the upstream side of the three-way catalyst 12 and the SCR catalyst 13 is made to be a period until the estimated amount of ammonia is reduced. The removal of the ammonia adsorbed on 13 can be completed.

<本実施形態の変形例>
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
<Modification of this embodiment>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

[変形例1]
上記実施形態では、エンジンシステムの構成の一例を示した。しかし、エンジンシステムの構成は種々の変形が可能である。例えば、エンジンシステムは、図示しない他の装置(例えば、三元触媒やSCR触媒の状態を監視する装置等)を備えていてもよい。
[Modification 1]
In the said embodiment, an example of the structure of the engine system was shown. However, the engine system configuration can be variously modified. For example, the engine system may include another device (not shown) (for example, a device that monitors the state of the three-way catalyst or the SCR catalyst).

[変形例2]
上記実施形態では、排気浄化装置の構成の一例を示した。しかし、排気浄化装置の構成は種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、主流路の上流側に三元触媒が配置され、下流側にSCR触媒が配置されるとしたが、これらは逆にしてもよい。すなわち、主流路の上流側にSCR触媒が配置され、下流側に三元触媒が配置されてもよい。このようにしても、三元触媒が活性化温度に達する前においては、SCR触媒にアンモニアを吸着させることでアンモニアの排出を抑制し、三元触媒が活性化温度に達した後においては、三元触媒でアンモニア及びNOxを浄化することでアンモニアの排出を抑制し、SCR触媒が活性化温度に達した後においては、SCR触媒に吸着されたアンモニアと排気中のNOxとを還元反応させることでSCR触媒に吸着されたアンモニアを除去することができるため、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。しかしながら、三元触媒を迅速に触媒活性領域へと移行させ、かつ、SCR触媒におけるアンモニアの飽和吸着量を増大させる観点からは、上記実施形態のように、上流側に三元触媒を配置し、下流側にSCR触媒を配置することが好ましい。
[Modification 2]
In the said embodiment, an example of the structure of the exhaust gas purification apparatus was shown. However, the configuration of the exhaust emission control device can be variously modified. For example, in the above-described embodiment, the three-way catalyst is disposed on the upstream side of the main flow path, and the SCR catalyst is disposed on the downstream side, but these may be reversed. That is, the SCR catalyst may be disposed on the upstream side of the main flow path, and the three-way catalyst may be disposed on the downstream side. Even in this case, before the three-way catalyst reaches the activation temperature, ammonia is suppressed by adsorbing ammonia to the SCR catalyst, and after the three-way catalyst reaches the activation temperature, the three-way catalyst reaches the activation temperature. By purifying ammonia and NOx with the original catalyst, the emission of ammonia is suppressed, and after the SCR catalyst reaches the activation temperature, the ammonia adsorbed on the SCR catalyst and the NOx in the exhaust are reduced and reacted. Since the ammonia adsorbed on the SCR catalyst can be removed, the same effects as in the above embodiment can be obtained. However, from the viewpoint of quickly moving the three-way catalyst to the catalytically active region and increasing the saturated adsorption amount of ammonia in the SCR catalyst, the three-way catalyst is arranged on the upstream side as in the above embodiment, It is preferable to arrange an SCR catalyst on the downstream side.

例えば、排気浄化装置には、NOx吸蔵還元触媒(NSR触媒:NOx Storage Reduction catalyst)、酸化触媒(DOC触媒:Diesel Oxidation Catalyst)、DPF(Diesel particulate filter)等、機能が異なる様々な触媒をさらに配置してもよい。これら各種触媒の配置は、任意に決定できる。   For example, the exhaust purification device further includes various catalysts with different functions such as NOx storage reduction catalyst (NSR catalyst), oxidation catalyst (DOC catalyst: Diesel Oxidation Catalyst), DPF (Diesel particulate filter), etc. May be. The arrangement of these various catalysts can be arbitrarily determined.

[変形例3]
上記実施形態では、制御部による制御の一例を示した。しかし、制御部による制御は種々の変形が可能である。例えば、ステップS1〜S6のうちの一部の手順は省略してもよく、他のステップを追加して実行してもよい。例えば、ステップS1において例示した開始条件a1〜a3はあくまで一例であり、種々の開始条件を採用できる。例えば、ステップS5において例示した終了条件b1,b1−1はあくまで一例であり、種々の終了条件を採用できる。
[Modification 3]
In the said embodiment, an example of control by a control part was shown. However, the control by the control unit can be variously modified. For example, some procedures in steps S1 to S6 may be omitted, and other steps may be added and executed. For example, the start conditions a1 to a3 illustrated in step S1 are merely examples, and various start conditions can be employed. For example, the end conditions b1 and b1-1 exemplified in step S5 are merely examples, and various end conditions can be adopted.

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。   As mentioned above, although this aspect was demonstrated based on embodiment and a modification, embodiment of an above-described aspect is for making an understanding of this aspect easy, and does not limit this aspect. This aspect can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and equivalents are included in this aspect. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

1…エンジンシステム
10…排気浄化装置
11…制御部
12…三元触媒
13…SCR触媒
14…混合比取得部
15…第2温度取得部
16…第1温度取得部
19…排気管
20…燃焼装置
21…燃焼状態制御部
22…内燃機関
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine system 10 ... Exhaust purification device 11 ... Control part 12 ... Three-way catalyst 13 ... SCR catalyst 14 ... Mixing ratio acquisition part 15 ... 2nd temperature acquisition part 16 ... 1st temperature acquisition part 19 ... Exhaust pipe 20 ... Combustion apparatus 21 ... Combustion state control unit 22 ... Internal combustion engine

Claims (5)

アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられた、酸化作用及び還元作用を有する酸化還元触媒と、
前記主流路に設けられた選択還元触媒と、
前記選択還元触媒の温度を取得する温度取得部と、
前記温度取得部により取得された前記選択還元触媒の温度が、前記選択還元触媒の活性化温度を超えた場合に、前記酸化還元触媒及び前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄へと変更させる制御部と、
を備える、排気浄化装置。
An exhaust purification device for an internal combustion engine that obtains driving force by burning ammonia,
A redox catalyst having an oxidizing action and a reducing action provided in a main flow path through which exhaust from the internal combustion engine flows;
A selective reduction catalyst provided in the main flow path;
A temperature acquisition unit for acquiring the temperature of the selective reduction catalyst;
When the temperature of the selective reduction catalyst acquired by the temperature acquisition unit exceeds the activation temperature of the selective reduction catalyst, the mixing ratio of the exhaust gas upstream of the redox catalyst and the selective reduction catalyst is stoichiometrically determined. A control unit that changes from sparse to lean,
An exhaust emission control device.
請求項1に記載の排気浄化装置であって、
前記酸化還元触媒は、前記主流路において、前記選択還元触媒よりも上流側に配置されている、排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to claim 1,
The exhaust purification apparatus, wherein the oxidation-reduction catalyst is disposed upstream of the selective reduction catalyst in the main flow path.
請求項1または請求項2に記載の排気浄化装置であって、
前記制御部は、
前記排気の混合比を希薄へと変更させた後、一定時間の経過後に前記排気の混合比を量論へと変更させる、排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to claim 1 or 2,
The controller is
An exhaust emission control device that changes the exhaust gas mixture ratio to stoichiometric after a predetermined time has elapsed after changing the exhaust gas mixture ratio to lean.
請求項3に記載の排気浄化装置であって、さらに、
前記酸化還元触媒の温度を取得する第2温度取得部と、
前記排気の混合比を取得する混合比取得部と、を備え、
前記制御部は、さらに、
前記第2温度取得部により取得された前記酸化還元触媒の温度と、前記混合比取得部により取得された前記排気の混合比と、を用いて、前記選択還元触媒に吸着されているアンモニアの量を推定し、
前記一定時間を、前記選択還元触媒において前記推定した量のアンモニアが還元されるまでの時間とする、排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to claim 3, further comprising:
A second temperature acquisition unit for acquiring the temperature of the oxidation-reduction catalyst;
A mixing ratio acquisition unit for acquiring a mixing ratio of the exhaust,
The control unit further includes:
The amount of ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst using the temperature of the oxidation-reduction catalyst acquired by the second temperature acquisition unit and the mixture ratio of the exhaust gas acquired by the mixture ratio acquisition unit Estimate
The exhaust emission control device, wherein the predetermined time is a time until the estimated amount of ammonia is reduced in the selective reduction catalyst.
酸化還元触媒と選択還元触媒とを用いて、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気を浄化する方法であって、
前記選択還元触媒の温度を取得する工程と、
前記選択還元触媒の温度が前記選択還元触媒の活性化温度を超えた場合に、前記酸化還元触媒及び前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄へと変更させる工程と、
を備える、方法。
A method for purifying exhaust gas from an internal combustion engine that obtains driving force by combustion of ammonia using a redox catalyst and a selective reduction catalyst,
Obtaining the temperature of the selective reduction catalyst;
When the temperature of the selective reduction catalyst exceeds the activation temperature of the selective reduction catalyst, changing the mixing ratio of the exhaust gas upstream of the redox catalyst and the selective reduction catalyst from stoichiometric to lean;
A method comprising:
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