JP2021055637A - 暖機制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、排ガス流の上流側に、アルミナ系金属酸化物担体に銀、アルカリ土類金属元素及び白金族元素を担持させてなるNOx吸蔵物質含有層を設け、その下流側に三元触媒を設けて、その雰囲気がリーンからリッチまで変化する排ガスと接触させて、排ガス中の窒素酸化物を除去する方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。
また、触媒暖機時にまず筒内昇温を優先した制御を実施して点火時期のリタード量を増加させることで、触媒暖機時間を短縮可能な筒内昇温システムが知られている(例えば、特許文献3参照)。
また、触媒暖機を促進するため、排ガス温度センサと、排気バルブ及び吸気バルブの開閉タイミングを変化可能な可変バルブ機構とを備えた制御装置を用いて排ガスの温調を行うことが知られている(例えば、特許文献4参照)。
また、内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量センサと、吸入空気量を減少させる空気系制御と燃料噴射量を増加させる噴射系制御とを併用して排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替えることで、NOx還元型触媒のNOx浄化能力を回復させる再生処理を実行する方法が知られている(例えば、特許文献5参照)。
特許文献2では、NOx吸蔵物質含有層を必要としており、また、リーンからリッチまで変化する排ガスと三元触媒とを接触させて、排ガス中の窒素酸化物を除去する方法が開示されている。しかし、特許文献2では、暖機運転時の排ガス雰囲気について検討されていない。
さらに、特許文献3及び4においても、暖機運転時の排ガス雰囲気について検討されていない。
特許文献5では、排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替えることが開示されているが、排ガス中に含まれる一酸化炭素、炭化水素ガス及び窒素酸化物(NOx)をいずれも好適に浄化する際に改善の余地がある。
<1> 三元触媒を用いて内燃機関から排出される排ガス中に含まれる一酸化炭素、炭化水素ガス及び窒素酸化物(NOx)を浄化するときの暖機制御方法であって、理論空燃比よりも酸素が多いリーン状態である排ガスを触媒活性化前の前記三元触媒に供給することと、前記三元触媒の触媒活性化後に前記排ガスを前記リーン状態からストイキ状態近傍に切り替え、前記ストイキ状態近傍に切り替えられた前記排ガスを前記三元触媒に供給することと、を含む暖機制御方法。
<2> 前記リーン状態である排ガスは、空気過剰率λが1.1以上である<1>に記載の暖機制御方法。
<3> 前記リーン状態である排ガスについて、前記三元触媒による一酸化炭素、炭化水素ガス及び窒素酸化物(NOx)の少なくともいずれか1つの浄化率が特定の閾値以上となった後に、前記排ガスが前記ストイキ状態近傍に切り替えられる<1>又は<2>に記載の暖機制御方法。
<4> 前記リーン状態である排ガスについて、前記三元触媒による一酸化炭素及び炭化水素ガスの合計の浄化率が特定の閾値以上となった後に、前記排ガスが前記ストイキ状態近傍に切り替えられる<1>又は<2>に記載の暖機制御方法。
<5> 前記三元触媒の温度が特定の閾値以上となった後に、前記排ガスが前記ストイキ状態近傍に切り替えられる<1>又は<2>に記載の暖機制御方法。
本開示において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示の暖機制御方法は、三元触媒を用いて内燃機関から排出される排ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素ガス(HC)及び窒素酸化物(NOx)を浄化するときの暖機制御方法であって、理論空燃比よりも酸素が多いリーン状態である排ガスを触媒活性化前の前記三元触媒に供給することと、前記三元触媒の触媒活性化後に前記排ガスを前記リーン状態からストイキ状態近傍に切り替え、前記ストイキ状態近傍に切り替えられた前記排ガスを前記三元触媒に供給することと、を含む。
例えば、三元触媒の温度、三元触媒によるCO、HC、NOxの少なくともいずれかの浄化率、三元触媒によるCO及びHCの合計の浄化率などが、特定の閾値以上となった後に、三元触媒に供給される排ガスがストイキ状態近傍に切り替えられてもよい。
また、三元触媒の下流側での排ガス中の酸素、CO、HC等の各成分の濃度が特定の閾値以下となった後に、三元触媒に供給される排ガスがストイキ状態近傍に切り替えられてもよい。
なお、炭化水素ガス(HC)としては、メタン、プロピレン等が挙げられ、排ガスは1種の炭化水素ガスを含んでいてもよく、2種以上の炭化水素ガスを含んでいてもよい。
図1に示すように、以下に示す三元触媒を含む触媒床(面積707mm2、容積35cc)を備えるガス流路に以下の表1に示すガス組成1の混合ガス(図1中の入りガス)を触媒床上流側からガス流路内に流量30L/minの条件にて流通させ、触媒床を通過することで排ガス成分が浄化されたガス(図1中の出ガス)の各排ガス成分の浄化率を触媒床下流側にて測定した。また、ガス流路内の触媒床の直前に温度センサを設けて入りガスの温度を測定し、CO、C3H6及びNOの浄化率については、ベスト測器株式会社製のBex−5900Cを用い、非分散赤外吸収法(ND−IR法)、水素炎イオン化法(FID法)及び化学発光法(CLD法)によりそれぞれ測定した。
三元触媒・・・Rh/Al系三元触媒(サソールケミカルズ社製、Al2O3、比表面積124m2/g、TH100を、硝酸ロジウム水溶液に浸漬させて得られたRhを担持させた触媒、Rh担持量0.1質量%)
表1中のガス組成1は、空気過剰率λ=1.00であるストイキ状態のガス組成である。表1中のガス組成1及びガス組成2は体積比率である。
なお、表1中のガス組成1は、内燃機関に供給された空気と燃料とが混合された混合気体における空気過剰率λ=1.00に相当し、ガス組成2は、前述の混合気体における空気過剰率λ=1.02に相当する。
表1のガス組成1の混合ガスに代えて表1のガス組成2の混合ガスをガス流路内に流通させた以外は比較例1と同様にして前処理及び昇温試験を行った。
表1中のガス組成2は、空気過剰率λ=1.95であるリーン状態のガス組成である。
前処理及び昇温試験にて表1のガス組成2の混合ガスをガス流路内に流通させ、100℃から15℃/minの条件にて昇温試験開始して560秒後にガス組成2の混合ガスをガス組成1の混合ガスに切り替えてガス流路内に流通させた以外は比較例1と同様にして前処理及び昇温試験を行った。
図3に示すように、実施例1では、入りガスが低い温度にてCO、C3H6及びNOのいずれにおいても浄化率に優れており、排ガス成分を充分に浄化することができた。
一方、比較例1では、CO、C3H6及びNOのいずれにおいても同程度の浄化率になる入りガスの温度が高く、実施例1の方が触媒の活性温度が低温化していた。
また、比較例2では、入りガスの温度が高くなるとNOの還元反応が停滞してしまい、NOの浄化率が低く、排ガス成分を充分に浄化することができなかった。この理由は、触媒活性温度を超える高温域では酸素の還元反応が優位となるため、酸素過剰雰囲気下ではNOxの還元反応が停滞するためと考えられる。
実施例1にて用いたRh/Al系の三元触媒を用い、以下の表2に示す空気過剰率λ=1.00であるストイキ状態のガス組成、及び以下の表2に示す空気過剰率λ=1.26、1.33、1.40、1.47又は1.55であるリーン状態のガス組成にて比較例1と同様にして前処理及び昇温試験を行った。
なお、表2中のガス組成は、空気過剰率λが小さい順から順番に、内燃機関に供給された空気と燃料とが予め混合された混合気体における空気過剰率λ=1.00、1.002、1.004、1.006、1.008及び1.01に相当する。
次に、空気過剰率がλ=1.00を超えている酸素過剰雰囲気では、入りガスの温度が高くなるとNOの還元反応が停滞してしまい、NOの浄化率が低く、排ガス成分を充分に浄化することができなかった。一方、空気過剰率がλ=1.00の場合、入りガスの温度が高くなるとNOの浄化率が高まり、NOを充分に浄化することができた。
参考例1にて用いたRh/Al系の三元触媒の代わりにPd/Al系の三元触媒(サソールケミカルズ社製、Al2O3、比表面積124m2/g、TH100を、硝酸パラジウム水溶液に浸漬させて得られたPdを担持させた触媒、Pd担持量0.25質量%)を用い、以下の表3に示す空気過剰率λ=0.45又は0.69であるリッチ状態のガス組成、表3に示す空気過剰率λ=1.00であるストイキ状態のガス組成、及び表3に示す空気過剰率λ=1.95又は2.87であるリーン状態のガス組成にて参考例1と同様にして前処理及び昇温試験を行った。
なお、表3中のガス組成は、空気過剰率λが小さい順から順番に、内燃機関に供給された空気と燃料とが予め混合された混合気体における空気過剰率λ=0.96、0.98、1.00、1.02及び1.04に相当する。
参考例1にて用いたRh/Al系の三元触媒を用い、以下の表3に示すガス組成にて参考例2と同様にして前処理及び昇温試験を行った。参考例3において空気過剰率λ=0.45、0.69、1.00、1.95又は2.87であるガス組成である入りガスを用いたときの図1中の出ガスにおける各排ガス成分の浄化率の結果を図7に示す。
参考例1にて用いたRh/Al系の三元触媒の代わりにRh/CZ系の三元触媒(CeO2−ZrO2−La2O3−Y2O3酸化物(30−60−5−5、質量比、比表面積63m2/g)を、硝酸ロジウム水溶液に浸漬させて得られたRhを担持させた触媒、Rh担持量0.1質量%)を用い、以下の表3に示すガス組成にて参考例2と同様にして前処理及び昇温試験を行った。参考例4において空気過剰率λ=0.45、0.69、1.00、1.95又は2.87であるガス組成である入りガスを用いたときの図1中の出ガスにおける各排ガス成分の浄化率の結果を図8に示す。
次に、図6〜図8に示すように、空気過剰率がλ=1.00を超えている酸素過剰雰囲気では、入りガスの温度が高くなるとNOの還元反応が停滞してしまい、NOの浄化率が低く、排ガス成分を充分に浄化することができなかった。一方、空気過剰率がλ=1.00の場合、入りガスの温度が高くなるとNOの浄化率が高まり、NOを充分に浄化することができた。
Claims (5)
- 三元触媒を用いて内燃機関から排出される排ガス中に含まれる一酸化炭素、炭化水素ガス及び窒素酸化物(NOx)を浄化するときの暖機制御方法であって、
理論空燃比よりも酸素が多いリーン状態である排ガスを触媒活性化前の前記三元触媒に供給することと、
前記三元触媒の触媒活性化後、前記排ガスを前記リーン状態からストイキ状態近傍に切り替え、前記ストイキ状態近傍に切り替えられた前記排ガスを前記三元触媒に供給することと、を含む暖機制御方法。 - 前記リーン状態である排ガスは、空気過剰率λが1.1以上である請求項1に記載の暖機制御方法。
- 前記リーン状態である排ガスについて、前記三元触媒による一酸化炭素、炭化水素ガス及び窒素酸化物(NOx)の少なくともいずれか1つの浄化率が特定の閾値以上となった後に、前記排ガスが前記ストイキ状態近傍に切り替えられる請求項1又は請求項2に記載の暖機制御方法。
- 前記リーン状態である排ガスについて、前記三元触媒による一酸化炭素及び炭化水素ガスの合計の浄化率が特定の閾値以上となった後に、前記排ガスが前記ストイキ状態近傍に切り替えられる請求項1又は請求項2に記載の暖機制御方法。
- 前記三元触媒の温度が特定の閾値以上となった後に、前記排ガスが前記ストイキ状態近傍に切り替えられる請求項1又は請求項2に記載の暖機制御方法。
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