JP2020090894A - 排気浄化装置および内燃機関システム - Google Patents
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Abstract
Description
この構成によれば、触媒が活性化している状態で、濃度取得部により第1閾値以上の窒素酸化物の濃度が取得される場合、すなわち、触媒に酸素被毒が発生している場合に、混合気の空燃比が過濃になるように、アンモニアの供給量が増加する。これにより、内燃機関で未反応のアンモニアによって、触媒の酸素被毒を解消できるため、排気浄化装置は、速やかに窒素酸化物を浄化できる。
この構成によれば、混合気の空燃比が過濃の状態で、内燃機関で未反応のアンモニアによって触媒の酸素被毒が解消されると、酸素被毒の解消に用いられなかったアンモニアは、吸着材に吸着される。吸着材に多くのアンモニアが吸着し、吸着材がそれ以上のアンモニアの吸着できない場合に、濃度取得部により取得されるアンモニアの濃度が高くなる。ここで、第2閾値以上のアンモニアの濃度が取得された場合に、制御部は、混合気の空燃比を希薄な空燃比まで低下するように、アンモニアの供給量を減少させる。これにより、排気ガスに多く含まれる酸素が、吸着材に吸着されたアンモニアと反応して、吸着材に吸着されていたアンモニアを減少させることができる。
この構成によれば、第1空燃比センサによって検出された酸素の濃度に基づいて、排気ガスの窒濃度が算出される。これにより、濃度取得部は、安価なセンサを用いて排気ガスの濃度を取得できる。また、第1空燃比センサの検出値が用いられることにより、濃度算出部は、第1空燃比センサの検出値から排気ガスの窒素酸化物の濃度およびアンモニアなどの濃度を算出できる。
触媒は、触媒ごとに定まる温度以上で活性化する。そのため、温度センサにより検出された温度と、触媒ごとに定められた温度とを比較することにより、触媒の活性状態を簡単に判断できる。
触媒の温度が所定温度以上である場合には、触媒の表面を覆う酸素被毒が発生しなくなり、窒素酸化物およびアンモニアのほとんどが触媒により浄化される。この構成によれば、制御部は、触媒の温度が所定温度以上である場合には、第1空燃比センサよりも上流側の排気ガス中の酸素の濃度を検出する第2空燃比センサの検出値を用いて、アンモニアの供給量を制御する。そのため、排気浄化装置は、排気ガス中の濃度検出からアンモニアの供給量の制御までを短時間で行うことができる。
この構成によれば、吸着材は、未反応のアンモニアを吸着し、さらに、触媒によって還元されなかった窒素酸化物および酸化されなかったアンモニアを浄化できる。
図1は、本発明の一実施形態としての排気浄化装置10を備えるエンジンシステム100における一部の概略図である。エンジンシステム(内燃機関システム)100は、例えば車両に搭載されて、アンモニアガス(NH3)を燃料とし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100は、機関本体(内燃機関)50と、燃料のアンモニアガスを貯留している燃料タンク(燃料供給部)61と、燃料タンク61から機関本体50にアンモニアガスを噴射する噴射弁62(燃料供給部)と、機関本体50から排出される排気ガス(排ガス)を浄化する排気浄化装置10とを備える。本実施形態の燃料タンク61の内部は、加圧されており、燃料タンク61は、気体のアンモニアガスを貯留している。以降、アンモニアガスを単に「アンモニア」と呼ぶ。
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。
上記実施形態は、排気浄化装置10およびエンジンシステム100の一例であり、排気浄化装置10およびエンジンシステム100の構成については、種々変形可能である。例えば、実施形態の吸着材13は、窒素酸化物を還元する機能およびアンモニアを酸化する機能を有していてもよい。この場合、触媒12に加えて、吸着材13が窒素酸化物およびアンモニアを浄化できるため、排気浄化装置10は、速やかに窒素酸化物およびアンモニアを浄化できる。また、触媒12および吸着材13の数については、2つ以上であってもよい。上流側温度センサ151は、排気管55の途中ではなく、触媒12自体に取り付けられていてもよい。
制御部11が行う制御についても、種々変形可能である。上記第1実施形態の制御部11は、図3に示されるように、下流側空燃比AF2が一定になるまでアンモニアの供給量を増加させ又は減少させたが、下流側空燃比AF2を一定に保つ制御については、種々変形可能である。例えば、制御部11は、排ガスDGに含まれる窒素酸化物の濃度が第1閾値以上だった場合に、アンモニアの噴射量を、混合気の空燃比が過濃な所定の空燃比に増加させ、所定の空燃比を保ってもよい。また、所定の空燃比に設定してから経過した時間に応じて、段階的にアンモニアの供給量が変化してもよい。アンモニアの供給量が減少する場合にも、増加する場合と同じように、例えば、段階的に変化する制御が行われてもよい。また、制御部11は、第1閾値および第2閾値以外の基準によってアンモニアの供給量を制御し、下流側空燃比AF2を一定に保ってもよい。一定に保たれる下流側空燃比AF2は、必ずしも量論比である必要はなく、量論比よりも若干過濃であってもよい。
11…制御部
12…触媒
13…吸着材
14…酸素濃度検出部(濃度取得部)
15…温度取得部
50…機関本体
61…燃料タンク(燃料供給部)
62…噴射弁(燃料供給部)
100…エンジンシステム(内燃機関システム)
141…上流側空燃比センサ(第2空燃比センサ)
142…下流側空燃比センサ(第1空燃比センサ)
151…上流側温度センサ(温度センサ)
152…下流側温度センサ
AF1…上流側空燃比
AF2…下流側空燃比
AIR…空気
AN…燃料噴射量
CC…燃焼室
DG…排ガス
Claims (8)
- アンモニアを燃料とする内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化装置であって、
窒素酸化物を還元する機能およびアンモニアを酸化する機能を有する触媒と、
前記触媒の下流側に配置され、前記排気ガス中のアンモニアを吸着する吸着材と、
前記触媒の活性状態を検出する活性状態検出部と、
前記吸着材の下流側における前記排気ガスの濃度を取得する濃度取得部と、
前記内燃機関にアンモニアを供給する燃料供給部によるアンモニアの供給量を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記触媒が活性状態である場合に、前記濃度取得部により取得された前記排気ガスの濃度を用いて、前記吸着材の下流側における前記排気ガスの濃度を一定に保つように、アンモニアの供給量を制御する、排気浄化装置。 - 請求項1に記載の排気浄化装置であって、
前記濃度取得部は、前記吸着材の下流側における前記排気ガス中の窒素酸化物の濃度を取得し、
前記制御部は、前記触媒が活性状態であり、かつ、前記濃度取得部により取得された窒素酸化物の濃度が所定の第1閾値以上である場合に、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を量論比よりも過濃な空燃比になるように、アンモニアの供給量を増加させる、排気浄化装置。 - 請求項2に記載の排気浄化装置であって、
前記濃度取得部は、前記吸着材の下流側における前記排気ガス中のアンモニアの濃度を取得し、
前記制御部は、前記度取得部により取得されたアンモニアの濃度が所定の第2閾値以上の場合に、前記混合気の空燃比を量論比未満の希薄な空燃比になるように、アンモニアの供給量を減少させる、排気浄化装置。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の排気浄化装置であって、
前記濃度取得部は、
前記吸着材の下流側における前記排気ガス中の酸素の濃度を検出する第1空燃比センサと、
前記第1空燃比センサにより検出された酸素の濃度を用いて、前記吸着材の下流側における前記排気ガス中の窒素酸化物の濃度を算出する濃度算出部と、を有する、排気浄化装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の排気浄化装置であって、
前記活性状態検出部は、前記触媒の温度を検出する温度センサである、排気浄化装置。 - 請求項5に記載の排気浄化装置であって、さらに、
前記触媒の下流側かつ前記吸着材の上流側における前記排気ガス中、または、前記触媒の上流側における前記排気ガス中の酸素の濃度を検出する第2空燃比センサを備え、
前記制御部は、前記温度センサにより検出された前記触媒の温度が所定温度以上の場合に、前記第1空燃比センサの代わりに前記第2空燃比センサにより検出される酸素の濃度を用いて、アンモニアの供給量を制御する、排気浄化装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の排気浄化装置であって、
前記吸着材は、窒素酸化物を還元する機能およびアンモニアを酸化する機能を有する、排気浄化装置。 - 内燃機関システムであって、
アンモニアを燃料とする内燃機関と、
前記内燃機関にアンモニアを供給する燃料供給部と、
請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の排気浄化装置と、を備える、内燃機関システム。
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WO2010079846A1 (ja) * | 2009-01-08 | 2010-07-15 | トヨタ自動車株式会社 | アンモニア燃焼内燃機関 |
WO2011136034A1 (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-03 | トヨタ自動車株式会社 | アンモニア燃焼内燃機関 |
JP2014211155A (ja) * | 2013-04-19 | 2014-11-13 | 株式会社豊田中央研究所 | 内燃機関 |
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