JP4165085B2 - Engine exhaust purification system - Google Patents

Engine exhaust purification system Download PDF

Info

Publication number
JP4165085B2
JP4165085B2 JP2002046729A JP2002046729A JP4165085B2 JP 4165085 B2 JP4165085 B2 JP 4165085B2 JP 2002046729 A JP2002046729 A JP 2002046729A JP 2002046729 A JP2002046729 A JP 2002046729A JP 4165085 B2 JP4165085 B2 JP 4165085B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nox
exhaust gas
catalyst
engine
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002046729A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003247418A (en
Inventor
敏嗣 上岡
浩一郎 原田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP2002046729A priority Critical patent/JP4165085B2/en
Publication of JP2003247418A publication Critical patent/JP2003247418A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4165085B2 publication Critical patent/JP4165085B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
エンジンの排気ガスを浄化するための触媒として、排気ガスの酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気では排気ガス中のNOxをBa等のNOx吸収材に吸収し、排気ガスの酸素濃度が低下したとき(理論空燃比近傍になったとき又は理論空燃比よりもリッチになったとき)に吸収していたNOx(窒素酸化物)を放出して貴金属上に移動させ、これを排気ガス中の還元ガス(HC(炭化水素)、CO等)と反応させてNに還元浄化するNOx吸収触媒が知られている。
【0003】
例えば、特開平11−223123号公報には、リーンバーンガソリンエンジンの排気ガスを浄化するために、排気ガスの酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気でその排気ガス中のNOxを還元浄化するNOx還元触媒と上記NOx吸収触媒とを前者が排気通路における上流側に、後者が下流側になるように配置することが記載されている。上記NOx還元触媒としては、銅、コバルト、鉄又はニッケルのうちの少なくとも一つと白金等の貴金属とをゼオライトに担持させたものが開示されている。
【0004】
すなわち、上記公報に記載された技術は、排気ガス温度が相対的に低い(250〜400℃)ときのNOx浄化率が高いNOx吸収触媒に、排気ガス温度が高いとき(400℃以上)のNOx浄化率が高いNOx還元触媒を組み合わせることにより、排気ガス中のNOxを浄化することができる温度範囲を高温側に拡大している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ディーゼルエンジンの場合、一般には車両走行速度60km/hを越える高速走行では排気ガス温度が350℃ないしは400℃程度まで上昇するものの、60km/h以下の低速走行での排気ガス温度は150〜200℃程度であって低い。また、ガソリンエンジンでもエンジン始動時の排気ガス温度は低い。これに対して、上記公報に記載のNOx還元触媒は、高温時のNOx浄化率は高いものの、低温時にはNOx浄化特性が悪化する。一方、上記NOx吸収触媒は上記NOx還元触媒よりも低温時に有効であるといっても、その有効な温度範囲は250〜400℃程度であって、ディーゼルエンジンのように排気ガス温度が低い場合は有効ではない。
【0006】
本発明の課題は、NOxを有効に浄化することができる温度域を低温側に拡大することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、NOx吸収触媒に低温でのNOx浄化活性に優れたNOx還元触媒を組み合わせたものである。
【0008】
すなわち、請求項1に係る発明は、エンジンの排気通路に配置され、排気ガスの酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気では該排気ガス中のNOxを吸収し該排気ガスの酸素濃度が低下するとその吸収していたNOxを放出して還元浄化するNOx吸収触媒と、
上記NOx吸収触媒よりも上流側の上記排気通路に配置され、上記酸素過剰雰囲気でその排気ガス中のNOxを還元浄化するNOx還元触媒と、
上記NOx還元触媒に供給される排気ガス中の還元剤を増量する還元剤増量手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、
上記NOx吸収触媒は、所定の第1温度域にあるときは該第1温度域よりも低い第2温度域にあるときよりもNOx浄化性能が高く、
上記NOx還元触媒は、上記第2温度域にあるときは上記第1温度域にあるときよりもNOx浄化性能が高く、
上記還元剤増量手段は、上記NOx吸収触媒に吸収されたNOx量が所定値以上であるときにおいて、該NOx吸収触媒の温度が所定温度よりも高いときは該NOx吸収触媒からNOxが放出されるように上記排気ガス中の還元剤を第1度合で増量させ、該NOx吸収触媒の温度が上記所定温度以下のときは上記還元剤を上記第1度合よりも低い第2度合で増量させることを特徴とする。
【0009】
従って、排気ガス温度が低い第2温度域ではNOx還元触媒によって排気ガス中のNOxを還元浄化し、必要に応じて排気ガス中の還元剤を増量することによってそのNOxの還元浄化反応を促進し、排気ガス温度が高い第1温度域では、排気ガス中の還元剤量を間欠的に増大させることにより、NOx吸収触媒によるNOxの吸収・放出還元反応を利用してNOxの浄化を図ることができ、排気ガス温度が全体的に低いディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンに適用して、コールドスタート時から高速走行モードまで、比較的広い温度範囲で排気ガス中のNOxを効率良く浄化することができる。
【0010】
また、NOx吸収触媒に吸収されたNOx量が所定値以上であるときにおいて、該NOx吸収触媒の温度が所定温度よりも高いときは還元剤の増量度合が高いから、NOx吸収触媒からNOxを速やかに放出させてこれを還元浄化し、該NOx吸収触媒のNOx吸収能を回復させることができる。一方、NOx吸収触媒の温度が上記所定温度以下のときは還元剤の増量度合が低いから、その増量された還元剤によってNOx還元触媒でのNOxの還元浄化反応を促進し、その反応熱で下流側に流れる排気ガス温度を上昇させてNOx吸収触媒の温度を放出NOxの還元浄化に適した温度にまで高めることができる。よって、放出されるNOxが未浄化のまま排出される量を少なくすることができるとともに、還元剤の浪費、つまりは燃費の悪化を避けることができる。
【0011】
NOx吸収触媒としては、アルミナ等の無機多孔質材に、触媒金属及びNOx吸収材を担持させたものを採用することができる。触媒金属としては、貴金属、その他の遷移金属を採用することができ、貴金属としては、例えば、Pt、Rh、Ir等を採用することができる。NOx吸収材としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属等の化合物(炭酸塩又は酸化物)を採用することができる。
【0012】
NOx還元触媒としては、ゼオライト等の無機多孔質材に触媒金属を担持させたものを採用することができる。触媒金属としては、貴金属、その他の遷移金属を採用することができ、貴金属としては、例えば、Pt、Rh、Ir等を採用することができる。
【0013】
例えば、γーアルミナにPt及びBaを担持させたNOx吸収触媒では、250〜400℃(第1温度域)でNOx浄化性能が高く、それよりも低い第2温度域ではNOx浄化性能が低くなる。ゼオライトにPtを担持させたNOx還元触媒では、150〜250℃(第2温度域)でNOx浄化性能が高く、第1温度域ではNOx浄化性能が低くなる。
【0014】
上記還元剤増量手段としては、エンジン燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁の作動を制御して、主噴射量を増量する、主噴射後に後噴射を実行する、或いは後噴射量を増量する、という方法を採用することができ、或いはこれらとEGR(排気還流)制御とを組み合わせるという方法を採用することができ、或いは排気通路に還元剤を直接供給する、というものであってもよい。
【0015】
上記酸素過剰雰囲気とは、例えば酸素濃度4〜5%から20%程度の雰囲気(空燃比ではA/F=16〜22あるいはA/F=18〜50)であり、排気ガスの酸素濃度が低下したときとは、例えば2%以下、あるいは0.5%以下となったときをいう。
【0016】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載されているエンジンの排気浄化装置において、
上記NOx還元触媒は、ゼオライトにPtを担持してなるものであることを特徴とする。
【0017】
従って、排気ガス温度が低いときのNOx浄化に有利になる。
【0018】
請求項3に係る発明は、請求項2に記載されているエンジンの排気浄化装置において、
上記NOx還元触媒は、担体に担持されていて、該担体の排気ガス流れ方向の上流側部位は下流側部位よりもPt担持量が多いことを特徴とする。
【0019】
すなわち、NOx還元触媒の活性温度はPt担持量に依存し、Pt担持量が多くなるほど低温で活性を示すようになる。本発明の場合、NOx還元触媒は、その担体の上流側部位と下流側部位とでPt担持量が異なり、上流側部位の方がPt担持量が多いから、上流側部位では低温活性を示し、下流側部位では高温活性を示すことになり、従って、全体として広い温度域でNOxを還元浄化することができる。
【0020】
そうして、排気ガス温度が低い場合でもPt担持量が多い上流側部位でNOxの還元反応が進み易くなるから、その際の反応熱でNOx還元触媒全体の温度上昇が図れ、それに伴って該NOx還元触媒から下流側に流れる排気ガス温度が上昇する。従って、NOx吸収触媒のNOx吸収量が多くなったときにおいて、その触媒温度がNOxの還元浄化に適切な温度にまで上昇していないときでも、還元剤増量手段によって、上流側のNOx還元触媒に供給される還元剤を増量すると、下流側のNOx吸収触媒の温度を速やかに上昇させることができ、該NOx吸収触媒から放出されるNOxの還元浄化に有利になる。
【0021】
例えば、上流側部位の担体1L当たりのPt担持量は3〜6g、下流側部位の同Pt担持量0.3g以上3g未満とすればよい。
【0022】
請求項4に係る発明は、請求項1に記載されているエンジンの排気浄化装置において、
上記NOx還元触媒と上記NOx吸収触媒との間にディーゼルパティキュレートフィルタが配置されていることを特徴とする。
【0023】
従って、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる煤を除去することができる。そうして、ディーゼルパティキュレートフィルタよりも上流側に配置されているNOx還元触媒での触媒反応熱により排気ガス温度を高めてディーゼルパティキュレートフィルタの再生を図ることができる。
【0024】
請求項5に係る発明は、請求項1に記載されているエンジンの排気浄化装置において、
上記NOx還元触媒は、ディーゼルパティキュレートフィルタのセル表面にコーティングされていることを特徴とする。
【0025】
従って、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる煤を除去することができるとともに、NOx還元触媒での触媒反応熱によりディーゼルパティキュレートフィルタの温度を高めてその再生を図ることができる。
【0026】
請求項6に係る発明は、請求項1に記載されているエンジンの排気浄化装置において、
上記NOx吸収触媒は、ディーゼルパティキュレートフィルタのセル表面にコーティングされていることを特徴とする。
【0027】
従って、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる煤を除去することができるとともに、NOx吸収触媒から放出されるNOxが還元浄化される際の反応熱によりディーゼルパティキュレートフィルタの温度を高めてその再生を図ることができる。
【0028】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、NOx吸収触媒とNOx還元触媒と還元剤増量手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、上記NOx吸収触媒は、所定の第1温度域にあるときは該第1温度域よりも低い第2温度域にあるときよりもNOx浄化性能が高く、上記NOx還元触媒は、上記第2温度域にあるときは上記第1温度域にあるときよりもNOx浄化性能が高いから、排気ガス温度が全体的に低いディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンに適用して、コールドスタート時から高速走行モードまで、比較的広い温度範囲で排気ガス中のNOxを効率良く浄化することができ、しかも、上記NOx吸収触媒に吸収されたNOx量が所定値以上であるとき、該触媒温度が低いときは排気ガス中の還元剤を低めの第2度合で増量させるから、NOx還元触媒でのNOxの還元浄化反応を促進しつつ、その反応熱で下流側に流れる排気ガス温度を上昇させてNOx吸収触媒の温度を放出NOxの還元浄化に適した温度にまで高めることができ、該触媒温度が高いと きは排気ガス中の還元剤を高めの第1度合で増量させるから、該触媒からNOxを速やかに放出させてこれを還元浄化し、該触媒のNOx吸収能を回復させることができるとともに、放出されるNOxが未浄化のまま排出される量を少なくすることができ、燃費の悪化も避けることができる。
【0029】
請求項2に係る発明によれば、請求項1に記載されているエンジンの排気浄化装置において、上記NOx還元触媒は、ゼオライトにPtを担持してなるものであるから、排気ガス温度が低いときのNOx浄化に有利になる。
【0030】
請求項3に係る発明によれば、請求項2に記載されているエンジンの排気浄化装置において、上記NOx還元触媒は、担体に担持されていて、該担体の排気ガス流れ方向の上流側部位の方が下流側部位よりもPt担持量が多くなっているから、広い温度域でNOxを還元浄化することができるとともに、NOx吸収触媒のNOx吸収量が多くなったとき、還元剤の増量によってNOx還元触媒の温度を速やかに上昇させ、NOx吸収触媒の昇温を図る上でも有利になる。
【0031】
請求項4に係る発明によれば、請求項1に記載されているエンジンの排気浄化装置において、上記NOx還元触媒と上記NOx吸収触媒との間にディーゼルパティキュレートフィルタが配置されているから、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる煤を除去することができ、また、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生にも有利になる。
【0032】
請求項5に係る発明によれば、請求項1に記載されているエンジンの排気浄化装置において、上記NOx還元触媒は、ディーゼルパティキュレートフィルタのセル表面にコーティングされているから、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる煤を除去することができるとともに、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生にも有利になる。
【0033】
請求項6に係る発明によれば、請求項1に記載されているエンジンの排気浄化装置において、上記NOx吸収触媒は、ディーゼルパティキュレートフィルタのセル表面にコーティングされているから、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる煤を除去することができるとともに、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生にも有利になる。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0035】
<排気浄化装置の構成>
図1は車両に搭載された多気筒のディーゼルエンジン1の1つの気筒2の部分を示す。該エンジン1において、3は燃焼室、4は燃料を燃焼室3に直接噴射して供給する燃料噴射弁、5は吸気通路、6は排気通路である。排気通路6には、リーンNOx還元触媒7及びNOx吸収触媒8が前者を排気流れ方向の上流側に、後者をその下流側に配置して設けられている。また、NOx還元触媒7よりも上流側の排気通路6から吸気通路5に向かってEGR(排気還流。以下、同じ。)通路9が延び、該通路9にEGR弁10が設けられている。燃料噴射弁4及びEGR弁10はエンジンの運転状態等に応じてECU(エンジン制御手段)11により制御される。
【0036】
NOx還元触媒7は、ゼオライト(MFI)にPtを担持してなるものであって、コージェライト製のハニカム担体のセル表面にコーティングされている。また、担体におけるPt担持量は該担体の上流側部位7aと下流側部位7bとで異なり、上流側部位7aの方が下流側部位7bよりも多くなっている。このようなNOx還元触媒7では、排気ガスの酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気であっても、Ptが排気ガス中のNOxを還元剤(HC、CO等)によって還元浄化する働きをする。
【0037】
NOx吸収触媒8は、γ−アルミナにPtとNOx吸収材としてのBaとを担持させてなるものであって、コージェライト製のハニカム担体のセル表面にコーティングされている。このようなNOx吸収触媒8では、排気ガスの酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気ではBaが該排気ガス中のNOxを吸収し、該排気ガスの酸素濃度が低下するとその吸収していたBaがNOxを放出し、この放出されたNOxをPtが排気ガス中の還元剤によって還元浄化することになる。
【0038】
<NOx還元触媒及びNOx吸収触媒の性能>
図2はNOx還元触媒を実車エンジンの排気管に装着し、EUモード(低速モードであるECER15と高速モードであるEUDCとを組み合わせたモード)によってNOx浄化特性を調べた結果を示すものである。このNOx還元触媒のハニカム担体の容量は2.5Lであり、この担体1L当たりのゼオライト(MFI)担持量は300g、同じくPt担持量は4.2gである。なお、Pt担持量は担体全体にわたって均一とした。
【0039】
テスト開始から800秒までの低速モードでは、積算NOx浄化率(テスト開始から各測定時点までのNOx浄化率)は65%前後であり、触媒入口温度(触媒入口での排気ガス温度のこと。以下、同じ。)は150〜200℃である。しかし、800秒を経過して高速モードに移行すると、触媒入口温度が上昇し、積算NOx浄化率が低下していき、テスト開始から1000秒を越えると、触媒入口温度が250℃から400℃にまで上昇し、積算NOx浄化率が最終的には40%近くまで低下している。
【0040】
これから、上記NOx還元触媒7は、触媒入口温度が150〜250℃程度の低温時(第2温度域)には高いNOx浄化率を示すが、250℃を越えると、NOx浄化率が急激に低下する、ということができる。
【0041】
図3は上記NOx吸収触媒8によるNOx低減率と触媒入口温度との関係をベンチテストによって調べた結果を示す。NOx吸収触媒8のハニカム担体の容量は1.3Lであり、この担体1L当たりのγ−アルミナ担持量は160g、同じくPt担持量は4.0g、Ba担持量は30gである。テストでは、燃料噴射量を間欠的に増量させてλ(空気過剰率)=1とするようにした。同図では、触媒入口温度が220℃のときのNOx低減率は低いが、250〜400℃(第1温度域)では高いNOx低減率を示している。
【0042】
そうして、以上の結果から、NOx還元触媒7とNOx吸収触媒8とを図1に示すように組み合わせると、触媒入口温度が150〜400℃の広い範囲にわたって高いNOx浄化率を期待できることがわかる。
【0043】
<燃料噴射制御(還元剤増量手段)>
上記NOx還元触媒7は排気ガス中の還元剤が多い場合にはそのNOx浄化性能が高くなる。また、上記NOx吸収触媒8では酸素過剰雰囲気でのNOx吸収量が多くなったときに排気ガスの酸素濃度を低下させてNOxを放出させる必要がある。以下、そのための燃料噴射制御(換言すれば還元剤増量制御)について説明する。
【0044】
ECU11のメモリには、アクセル開度(エンジン負荷)とエンジン回転数の変化に対して目標トルクの最適値を実験的に決定して記録した目標トルクマップ、並びにこの目標トルク、吸入空気量及び回転数の変化に応じて実験的に決定した最適な燃料噴射量Qmを記録した燃料噴射量マップが、電子的に格納して備えられている。
【0045】
通常は、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいてマップから目標トルクを求め、この目標トルクとエンジン回転数と吸入空気量とに基づいてマップから燃料噴射量Qmを求め、各気筒の燃料噴射弁4の励磁時間(開弁時間)が決定されるようになっている。そうして、燃料噴射量Qmの燃料が基本的には各気筒2の圧縮行程上死点付近で噴射され(以下、主噴射という)、エンジン1は燃焼室3の空燃比がかなりリーン(酸素濃度20%以上)な状態で運転される。
【0046】
また、NOx還元触媒7がNOxの還元に適した第2温度域にあるときは燃料噴射量を増量し、その一部を主噴射後の膨張行程又は排気行程で噴射する後噴射を行なうことによって、排気ガス中の還元剤を増量させNOxの還元を促進するようになっている。
【0047】
また、NOx吸収触媒8のNOx吸収量をエンジンの運転時間等に基づいて推定し、その推定値が所定以上に大きくなってNOx吸収性能の低下が予想されるときに、燃料噴射量を増量し、その一部を後噴射させることによって、排気ガスの還元剤を増量させるにようになっている。還元剤の増量度合はNOx吸収触媒8の温度によって異なる。
【0048】
すなわち、NOx吸収触媒8の温度がNOx還元に適した第1温度域にあるときは、還元剤量が多い第1度合とするとともに、EGR率を高めることにより、λ=1に相当する雰囲気を形成して該触媒8からNOxを放出させ、当該温度が第1温度域以下であるときは(第2温度域)還元剤量が少ない第2度合とすることにより、NOx還元触媒7での触媒反応を促進し、その反応熱を利用してNOx吸収触媒8の昇温を図るようになっている。
【0049】
そうして、上記燃料噴射制御のために、アクセル開度、エンジン回転数、吸入空気量、NOx還元触媒7の温度、NOx吸収触媒8の温度をそれぞれ検出する手段が設けられている。
【0050】
以下、図4に示すフローに従って燃料噴射制御を具体的に説明する。
【0051】
スタート後のステップS1でアクセル開度等の各種データを入力し、ステップS2でNOx吸収量NOaを推定する。続くステップS3でNOx吸収量NOaが所定値を越えているか否か、つまり、NOx吸収触媒8のNOx吸収能が低下しているか否かをみる。NOx吸収量NOaが所定値を越えていない場合は通常の燃料噴射制御を行なう。
【0052】
すなわち、ステップS4に進んでエンジンの運転状態に応じて基本噴射量Qb及び基本噴射時期Ibを設定し、続くステップS5で主噴射量Qmとして基本噴射量Qbを設定するとともに、主噴射時期Imとして基本噴射時期Ibを設定する。続くステップS6においてNOx還元触媒7の温度TNRが第2温度域にある(TNR1<TNR<TNR2)か否かをみて、第2温度域にあればステップS7に進んで後噴射量QpとしてNOx還元促進用の後噴射量Qprを設定するとともに、後噴射時期IpとしてNOx還元促進用の後噴射時期Iprを設定し、ステップS8に進んで主噴射及び後噴射を実行する。
【0053】
基本噴射時期Ibは基本的には圧縮行程上死点付近に設定されているが、エンジン水温やエンジン回転数が異なれば燃料噴霧の着火遅れ時間が異なるので、エンジン水温が低いほど、またエンジン回転数が高いほど早められるように設定されている。後噴射時期Ipは、例えばATDC30〜90゜CAの範囲でエンジン負荷が高いほど進角するように設定されている。
【0054】
ステップS3でNOx吸収量NOaが所定値NOao以上であるときは、ステップS9に進んで還元剤増量フラグF=1か否かをみる。F=0であれば、ステップS10に進んでF=1として、ステップS11に進んでNOx吸収触媒8の温度TNTが所定値TNTo以上か否かをみる。すなわち、NOx吸収触媒8が放出するNOxを還元浄化可能な第1温度域になっているか否かの判断である。
【0055】
NOx吸収触媒8の温度TNTが所定値TNToを越えている場合は、NOxの放出制御を行なう。すなわち、ステップS12に進んで第1度合で還元剤を増量するための第1タイマTaをインクリメントする。続くステップS13で第1タイマTaが所定のタイマ時間Tao(例えば0.5〜5秒に相当する値)よりも大か否かをみて、否であればステップS14に進んで燃料の主噴射量Qmとして第1度合で還元剤を増量するためのλ用(λ用とは、λ=1に相当する排気ガスとするための、という意味である。以下、同じ。)噴射量Qλを設定するとともに、主噴射時期Imとしてλ用噴射時期Iλを設定する。続くステップS15で後噴射量Qpとしてλ用後噴射量Qpλを設定するとともに、後噴射時期Ipとしてλ用後噴射時期Ipλを設定し、主噴射及び後噴射を実行する(ステップS8)。この場合、同時にEGR率を高める制御を行なう。従って、主噴射量Qλ、後噴射量Qpλ及びEGR率増大によりλ=1に相当する排気ガスとなる。
【0056】
一方、ステップS11において、NOx吸収触媒8の温度TNTが所定値TNTo以下であれば、NOx吸収触媒8の昇温制御を行なう。すなわち、ステップS16に進んで第2度合での還元剤を増量するためのタイマ時間Tboを現在のNOx吸収触媒8の温度TNTに応じて設定し、続くステップS17で第2度合での還元剤を増量するための第2タイマTbをインクリメントする。タイマ時間Tboは、図5に示すように、温度TNTが高くなるに従って短くなるように予め設定されてメモリに記憶されている。
【0057】
続くステップS18で第2タイマTbがタイマ時間Tboよりも大か否かをみて、否であればステップS19に進んで燃料の主噴射量Qmとして第2度合で還元剤を増量してNOx吸収触媒8の温度を上昇させるための昇温用噴射量Quを設定するとともに、主噴射時期Imとして昇温用噴射時期Iuを設定する。続くステップS20で後噴射量Qpとして昇温用後噴射量Qpuを設定するとともに、後噴射時期Ipとして昇温用後噴射時期Ipuを設定し、ステップS8に進んで主噴射及び後噴射を実行する。ここに、噴射量の関係は(Qλ+Qpλ)>(Qu+Qpu)>(Qb+Qpr)である。
【0058】
ステップS18で第2タイマTbがタイマ時間Tboを越えているときはステップS21に進んで第2タイマTbを零に戻し、NOx放出制御に移行する(ステップS12に進む)。
【0059】
ステップS13で第1タイマTaがタイマ時間Taoを越えたときは、NOx放出制御を終了すべくステップS22に進んで第1タイマTaを零に戻すとともに、NOx吸収量NOaをリセットし、さらにF=1として通常制御に移行する(ステップS4に進む)。
【0060】
ステップS9でF=1のときは、還元剤の増量制御中であり、ステップS23に進んで第1タイマTaのカウント中か否かをみる。カウント中であれば、ステップS12に進んでNOx放出制御を続行し、カウント中でなければ、昇温制御中であるから、ステップS17に進む。
【0061】
従って、以上のような燃料噴射制御(還元剤増量制御)であれば、NOx吸収触媒8のNOx吸収量NOaが少ないときは通常のエンジン運転状態に応じた燃料噴射制御が行なわれる。この通常制御において、NOx還元触媒7の温度が第2温度域にあれば(TNR1<TNR<TNR2)、後噴射燃料Qprの供給により排気ガス中の還元剤が増量されるため、NOx還元触媒7でのNOx還元浄化が効率良く行なわれることになる。
【0062】
また、排気ガス温度が上昇し、NOx還元触媒7でのNOxの還元浄化効率が低下しても、NOx吸収触媒8によってNOxが吸収されるから、未浄化NOxが大気中に多量に排出されることが防止される。
【0063】
NOx吸収触媒8のNOx吸収量NOaが所定値NOaoを越えた場合、NOx吸収触媒8の温度TNTがTNTo以下(未だNOxの放出及び還元浄化に適した温度になっていない)のときは、後噴射燃料Qpuの供給により排気ガス中の還元剤が第2度合で増量されるから、NOx還元触媒7でのNOxの還元浄化(HCの酸化)反応が促進され、該触媒7の温度が上昇する。これにより、該触媒から下流側に流れる排気ガス温度が高くなり、NOx吸収触媒8の早期温度上昇が図れることになる。
【0064】
この昇温制御の時間は第2タイマTbによって監視され、タイマ時間Tboは昇温制御開始時点でのNOx吸収触媒8の温度に応じて設定されるから、NOx放出制御開始時点での昇温不足や過昇温が避けられ、放出されるNOxの還元浄化に有利になるとともに、必要最小限の時間で最適温度に昇温させることができるから、未浄化NOxの排出防止に有利になる。
【0065】
NOx放出制御では、後噴射量の増量(還元剤の第1度合での増量)と共にEGR率が高められるから、後噴射量の増量度合を高くする必要がなく、燃費性能の向上に有利になる。
【0066】
<他の実施形態>
図6に示すように、NOx還元触媒7とNOx吸収触媒8との間の排気通路6にDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)12を配置することができる。このようにすると、排気ガス中に含まれる煤を除去することができるとともに、NOx還元触媒7での触媒反応熱により排気ガス温度を高めてDPF12の再生を図ることができる。
【0067】
図7に示すように、NOx還元触媒7をDPF12のセル表面にコーティングする構成とすれば、排気ガス中に含まれる煤を除去することができるとともに、NOx還元触媒7の触媒反応熱によりDPF12の温度を高めてその再生を図ることができる。
【0068】
図8に示すように、NOx吸収触媒8をDPF12のセル表面にコーティングする構成とすれば、排気ガス中に含まれる煤を除去することができるとともに、NOx吸収触媒8から放出されるNOxが還元浄化される際の反応熱によりDPF12の温度を高めてその再生を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の構成図。
【図2】 同実施形態に係るNOx還元触媒の触媒入口ガス温度とNOx浄化率との関係を実車で評価した結果を示すグラフ図。
【図3】 同実施形態に係るNOx吸収触媒の触媒入口ガス温度とNOx低減率との関係をベンチテストで評価した結果を示すグラフ図。
【図4】 同実施形態の燃料噴射制御のフロー図。
【図5】 同実施形態の還元剤を第2度合で増量するタイマ時間とNOx吸収触媒の温度との関係を示すグラフ図。
【図6】 本発明の他の実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の構成図。
【図7】 本発明のさらに他の実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の構成図。
【図8】 本発明のさらに他の実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の構成図。
【符号の説明】
1 ディーゼルエンジン
2 気筒
3 燃焼室
4 燃料噴射弁
5 吸気通路
6 排気通路
7 NOx還元触媒
8 NOx吸収触媒
9 EGR通路
10 EGR弁
11 ECU(エンジン制御手段)
12 DPF
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an engine exhaust purification device.
[0002]
[Prior art]
  As a catalyst for purifying engine exhaust gas, in an oxygen-excess atmosphere with high oxygen concentration of exhaust gas, NOx in the exhaust gas is absorbed by NOx absorbent such as Ba and the oxygen concentration of exhaust gas decreases (theoretical) The NOx (nitrogen oxide) absorbed when the air-fuel ratio is approached or when the air-fuel ratio becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio is released and moved onto the noble metal, and this is reduced to the reducing gas (HC) in the exhaust gas. (Hydrocarbons, CO, etc.) and N2A NOx absorption catalyst that reduces and purifies is known.
[0003]
  For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-223123 discloses a NOx reduction catalyst that reduces and purifies NOx in an exhaust gas in an oxygen-excess atmosphere where the oxygen concentration of the exhaust gas is high in order to purify the exhaust gas of a lean burn gasoline engine. It is described that the NOx absorption catalyst is arranged such that the former is on the upstream side in the exhaust passage and the latter is on the downstream side. As the NOx reduction catalyst, a catalyst in which at least one of copper, cobalt, iron or nickel and a noble metal such as platinum are supported on zeolite is disclosed.
[0004]
  That is, the technique described in the above publication uses a NOx absorption catalyst having a high NOx purification rate when the exhaust gas temperature is relatively low (250 to 400 ° C.) and NOx when the exhaust gas temperature is high (400 ° C. or more). By combining a NOx reduction catalyst with a high purification rate, the temperature range in which NOx in the exhaust gas can be purified is expanded to the high temperature side.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
  However, in the case of a diesel engine, although the exhaust gas temperature generally rises to about 350 ° C. or 400 ° C. at high speeds exceeding the vehicle traveling speed of 60 km / h, the exhaust gas temperature at low speeds below 60 km / h is 150 to It is about 200 ° C. and low. Further, even in a gasoline engine, the exhaust gas temperature at the start of the engine is low. On the other hand, the NOx reduction catalyst described in the above publication has a high NOx purification rate at high temperatures, but deteriorates NOx purification characteristics at low temperatures. On the other hand, even if the NOx absorption catalyst is effective at a lower temperature than the NOx reduction catalyst, the effective temperature range is about 250 to 400 ° C., and the exhaust gas temperature is low as in a diesel engine. It is not valid.
[0006]
  The subject of this invention is expanding the temperature range which can purify NOx effectively to the low temperature side.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  Therefore, in the present invention, the NOx absorption catalyst is combined with a NOx reduction catalyst having excellent NOx purification activity at a low temperature.
[0008]
  That is, the invention according to claim 1 is disposed in the exhaust passage of the engine and absorbs NOx in the exhaust gas in an oxygen-excess atmosphere where the oxygen concentration of the exhaust gas is high, and absorbs it when the oxygen concentration of the exhaust gas decreases. NOx absorption catalyst for reducing and purifying NOx that has been released,
  A NOx reduction catalyst that is disposed in the exhaust passage upstream of the NOx absorption catalyst and reduces and purifies NOx in the exhaust gas in the oxygen-excess atmosphere;
  In an engine exhaust purification device comprising a reducing agent increasing means for increasing the reducing agent in the exhaust gas supplied to the NOx reduction catalyst,
  The NOx absorption catalyst has a higher NOx purification performance when it is in a predetermined first temperature range than when it is in a second temperature range lower than the first temperature range,
  The NOx reduction catalyst has a higher NOx purification performance when in the second temperature range than when in the first temperature range.The
The reducing agent increasing means releases NOx from the NOx absorption catalyst when the NOx amount absorbed by the NOx absorption catalyst is equal to or higher than a predetermined value and the temperature of the NOx absorption catalyst is higher than a predetermined temperature. As described above, the reducing agent in the exhaust gas is increased by the first degree, and when the temperature of the NOx absorption catalyst is equal to or lower than the predetermined temperature, the reducing agent is increased by the second degree lower than the first degree.It is characterized by that.
[0009]
  Therefore, in the second temperature range where the exhaust gas temperature is low, NOx in the exhaust gas is reduced and purified by the NOx reduction catalyst, and the reducing agent in the exhaust gas is increased as necessary to promote the NOx reduction and purification reaction. In the first temperature range where the exhaust gas temperature is high, the amount of reducing agent in the exhaust gas is intermittently increased, so that NOx absorption / release reduction reaction by the NOx absorption catalyst can be utilized to purify NOx. It can be applied to diesel engines and lean burn gasoline engines whose exhaust gas temperature is generally low, and NOx in exhaust gas can be efficiently purified over a relatively wide temperature range from cold start to high-speed driving mode. .
[0010]
Further, when the amount of NOx absorbed by the NOx absorption catalyst is equal to or higher than a predetermined value, when the temperature of the NOx absorption catalyst is higher than the predetermined temperature, the degree of increase of the reducing agent is high. The NOx absorption capacity of the NOx absorption catalyst can be recovered by reducing the amount of the NOx absorption catalyst. On the other hand, when the temperature of the NOx absorption catalyst is equal to or lower than the predetermined temperature, the degree of increase of the reducing agent is low. Therefore, the increased reducing agent promotes the reduction and purification reaction of NOx with the NOx reduction catalyst, and the reaction heat causes The temperature of the exhaust gas flowing to the side can be raised to raise the temperature of the NOx absorption catalyst to a temperature suitable for the reduction and purification of the released NOx. Therefore, it is possible to reduce the amount of NOx that is released without being purified, and to avoid waste of the reducing agent, that is, deterioration of fuel consumption.
[0011]
  As the NOx absorption catalyst, an inorganic porous material such as alumina carrying a catalyst metal and a NOx absorption material can be employed. As the catalyst metal, a noble metal or other transition metal can be adopted, and as the noble metal, for example, Pt, Rh, Ir or the like can be adopted. As the NOx absorbent, compounds (carbonates or oxides) such as alkali metals, alkaline earth metals, and rare earth metals can be employed.
[0012]
  As the NOx reduction catalyst, a catalyst in which a catalytic metal is supported on an inorganic porous material such as zeolite can be employed. As the catalyst metal, a noble metal or other transition metal can be adopted, and as the noble metal, for example, Pt, Rh, Ir or the like can be adopted.
[0013]
  For example, a NOx absorption catalyst in which Pt and Ba are supported on γ-alumina has a high NOx purification performance at 250 to 400 ° C. (first temperature range), and a low NOx purification performance at a second temperature range lower than that. In the NOx reduction catalyst in which Pt is supported on zeolite, the NOx purification performance is high at 150 to 250 ° C. (second temperature range), and the NOx purification performance is low in the first temperature range.
[0014]
  As the reducing agent increasing means, the operation of the fuel injection valve that supplies fuel to the engine combustion chamber is controlled to increase the main injection amount, to perform the post injection after the main injection, or to increase the post injection amount, Or a method of combining these with EGR (exhaust gas recirculation) control, or a method of directly supplying a reducing agent to the exhaust passage.
[0015]
  The oxygen-excess atmosphere is, for example, an atmosphere having an oxygen concentration of 4 to 5% to 20% (A / F = 16 to 22 or A / F = 18 to 50 in an air-fuel ratio), and the oxygen concentration of exhaust gas is reduced. For example, when it is 2% or less, or 0.5% or less.
[0016]
  The invention according to claim 2 is the engine exhaust gas purification apparatus according to claim 1,
  The NOx reduction catalyst is characterized in that Pt is supported on zeolite.
[0017]
  Therefore, it is advantageous for NOx purification when the exhaust gas temperature is low.
[0018]
  The invention according to claim 3 is the engine exhaust gas purification apparatus according to claim 2,
  The NOx reduction catalyst is supported on a carrier, and the upstream portion of the carrier in the exhaust gas flow direction has a larger amount of Pt supported than the downstream portion.
[0019]
  That is, the activation temperature of the NOx reduction catalyst depends on the amount of Pt supported, and the activity increases at lower temperatures as the amount of Pt supported increases. In the case of the present invention, the NOx reduction catalyst has a low amount of Pt carrying amount at the upstream part and the downstream part of the carrier, and the upstream part has a higher Pt carrying amount. The downstream portion exhibits high-temperature activity, and therefore NOx can be reduced and purified over a wide temperature range as a whole.
[0020]
  As a result, even when the exhaust gas temperature is low, the NOx reduction reaction easily proceeds at the upstream site where the amount of Pt supported is large. Therefore, the temperature of the NOx reduction catalyst as a whole can be increased by the heat of reaction at that time. The exhaust gas temperature flowing downstream from the NOx reduction catalyst rises. Therefore, when the NOx absorption amount of the NOx absorption catalyst increases, even if the catalyst temperature does not rise to a temperature suitable for NOx reduction purification, the reducing agent increasing means causes the upstream NOx reduction catalyst to When the amount of the reducing agent supplied is increased, the temperature of the downstream NOx absorption catalyst can be quickly raised, which is advantageous for the reduction and purification of NOx released from the NOx absorption catalyst.
[0021]
  For example, the amount of Pt supported per liter of the carrier in the upstream region may be 3 to 6 g, and the amount of Pt supported in the downstream region may be 0.3 g or more and less than 3 g.
[0022]
  According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an engine exhaust purification apparatus according to the first aspect,
  A diesel particulate filter is disposed between the NOx reduction catalyst and the NOx absorption catalyst.
[0023]
  Therefore, soot contained in the exhaust gas of the diesel engine can be removed. Thus, the exhaust gas temperature can be increased by the catalytic reaction heat in the NOx reduction catalyst disposed upstream of the diesel particulate filter, and the diesel particulate filter can be regenerated.
[0024]
  The invention according to claim 5 is the engine exhaust gas purification apparatus according to claim 1,
  The NOx reduction catalyst is coated on the cell surface of a diesel particulate filter.
[0025]
  Therefore, the soot contained in the exhaust gas of the diesel engine can be removed, and the temperature of the diesel particulate filter can be raised by the catalytic reaction heat in the NOx reduction catalyst, and the regeneration can be achieved.
[0026]
  The invention according to claim 6 is the engine exhaust gas purification apparatus according to claim 1,
  The NOx absorption catalyst is coated on the cell surface of a diesel particulate filter.
[0027]
  Therefore, the soot contained in the exhaust gas of the diesel engine can be removed, and the temperature of the diesel particulate filter is increased by the reaction heat when the NOx released from the NOx absorption catalyst is reduced and purified. Can be planned.
[0028]
【The invention's effect】
  According to the first aspect of the present invention, in the exhaust emission control device for an engine provided with the NOx absorption catalyst, the NOx reduction catalyst, and the reducing agent increasing means, the NOx absorption catalyst is in a predetermined first temperature range. The NOx purification performance is higher than when it is in the second temperature range lower than the first temperature range, and the NOx reduction catalyst is more NOx purification performance when it is in the second temperature range than when it is in the first temperature range. Therefore, it can be applied to diesel engines and lean burn gasoline engines whose exhaust gas temperature is generally low to efficiently purify NOx in exhaust gas in a relatively wide temperature range from cold start to high-speed driving mode. InIn addition, when the amount of NOx absorbed by the NOx absorption catalyst is greater than or equal to a predetermined value, when the catalyst temperature is low, the amount of reducing agent in the exhaust gas is increased by a lower second degree. The NOx absorption catalyst can be raised to a temperature suitable for the reduction and purification of released NOx by increasing the temperature of the exhaust gas flowing downstream by the reaction heat while promoting the reduction and purification reaction of NOx. If the temperature is high In this case, the amount of reducing agent in the exhaust gas is increased at a high first degree, so that NOx can be quickly released from the catalyst to reduce and purify it, and the NOx absorption capacity of the catalyst can be recovered and released. The amount of NOx discharged without being purified can be reduced, and deterioration of fuel consumption can be avoided.
[0029]
  According to the invention according to claim 2, in the engine exhaust gas purification apparatus according to claim 1, when the NOx reduction catalyst is formed by supporting Pt on zeolite, the exhaust gas temperature is low. This is advantageous for NOx purification.
[0030]
  According to a third aspect of the present invention, in the engine exhaust gas purification apparatus according to the second aspect, the NOx reduction catalyst is supported on a carrier and is disposed at an upstream portion of the carrier in the exhaust gas flow direction. Since the amount of Pt supported on the downstream side is larger than that on the downstream side, NOx can be reduced and purified in a wide temperature range, and when the amount of NOx absorbed by the NOx absorption catalyst increases, This is also advantageous in rapidly raising the temperature of the reduction catalyst and increasing the temperature of the NOx absorption catalyst.
[0031]
  According to the fourth aspect of the present invention, in the engine exhaust gas purification apparatus according to the first aspect, the diesel particulate filter is disposed between the NOx reduction catalyst and the NOx absorption catalyst. Soot contained in the exhaust gas of the engine can be removed, and the regeneration of the diesel particulate filter is also advantageous.
[0032]
  According to the fifth aspect of the present invention, in the engine exhaust gas purification apparatus according to the first aspect, the NOx reduction catalyst is coated on the cell surface of the diesel particulate filter. The soot contained therein can be removed, and it is advantageous for regeneration of the diesel particulate filter.
[0033]
  According to the sixth aspect of the present invention, in the engine exhaust gas purification apparatus according to the first aspect, the NOx absorption catalyst is coated on the cell surface of the diesel particulate filter. The soot contained therein can be removed, and it is advantageous for regeneration of the diesel particulate filter.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0035]
<Configuration of exhaust purification device>
  FIG. 1 shows a portion of one cylinder 2 of a multi-cylinder diesel engine 1 mounted on a vehicle. In the engine 1, 3 is a combustion chamber, 4 is a fuel injection valve that directly injects fuel into the combustion chamber 3, 5 is an intake passage, and 6 is an exhaust passage. In the exhaust passage 6, a lean NOx reduction catalyst 7 and a NOx absorption catalyst 8 are provided with the former disposed upstream in the exhaust flow direction and the latter disposed downstream thereof. An EGR (exhaust gas recirculation, hereinafter the same) passage 9 extends from the exhaust passage 6 upstream of the NOx reduction catalyst 7 toward the intake passage 5, and an EGR valve 10 is provided in the passage 9. The fuel injection valve 4 and the EGR valve 10 are controlled by an ECU (engine control means) 11 according to the operating state of the engine.
[0036]
  The NOx reduction catalyst 7 is formed by supporting Pt on zeolite (MFI), and is coated on the cell surface of a cordierite honeycomb carrier. Further, the amount of Pt supported on the carrier differs between the upstream portion 7a and the downstream portion 7b of the carrier, and the upstream portion 7a is larger than the downstream portion 7b. In such a NOx reduction catalyst 7, Pt functions to reduce and purify NOx in the exhaust gas with a reducing agent (HC, CO, etc.) even in an oxygen-excess atmosphere where the oxygen concentration of the exhaust gas is high.
[0037]
  The NOx absorption catalyst 8 is formed by supporting Pt and Ba as a NOx absorbent on γ-alumina, and is coated on the cell surface of a cordierite honeycomb carrier. In such a NOx absorption catalyst 8, Ba absorbs NOx in the exhaust gas in an oxygen-excess atmosphere where the oxygen concentration of the exhaust gas is high, and the absorbed Ba absorbs NOx when the oxygen concentration of the exhaust gas decreases. The released NOx is reduced and purified by Pt by the reducing agent in the exhaust gas.
[0038]
<Performance of NOx reduction catalyst and NOx absorption catalyst>
  FIG. 2 shows the result of examining the NOx purification characteristics by attaching the NOx reduction catalyst to the exhaust pipe of an actual vehicle engine and using the EU mode (a mode in which ECER15 which is the low speed mode and EUDC which is the high speed mode). The capacity of the honeycomb carrier of this NOx reduction catalyst is 2.5 L, the zeolite (MFI) loading per 1 L of this carrier is 300 g, and the Pt loading is 4.2 g. Note that the amount of Pt supported was uniform throughout the carrier.
[0039]
  In the low-speed mode from the start of the test to 800 seconds, the integrated NOx purification rate (NOx purification rate from the start of the test to each measurement point) is around 65%, and the catalyst inlet temperature (exhaust gas temperature at the catalyst inlet, below) , The same)) is 150-200 ° C. However, when 800 seconds have passed and the high-speed mode is entered, the catalyst inlet temperature rises and the integrated NOx purification rate decreases, and after 1000 seconds from the start of the test, the catalyst inlet temperature increases from 250 ° C. to 400 ° C. The integrated NOx purification rate finally decreases to nearly 40%.
[0040]
  From this, the NOx reduction catalyst 7 shows a high NOx purification rate when the catalyst inlet temperature is low (second temperature range) of about 150 to 250 ° C., but when it exceeds 250 ° C., the NOx purification rate rapidly decreases. It can be said that.
[0041]
  FIG. 3 shows the result of a bench test of the relationship between the NOx reduction rate by the NOx absorption catalyst 8 and the catalyst inlet temperature. The capacity of the honeycomb carrier of the NOx absorption catalyst 8 is 1.3 L. The amount of γ-alumina supported per 1 L of this carrier is 160 g, similarly the amount of Pt supported is 4.0 g, and the amount of Ba supported is 30 g. In the test, the fuel injection amount was intermittently increased so that λ (excess air ratio) = 1. In the figure, the NOx reduction rate is low when the catalyst inlet temperature is 220 ° C., but a high NOx reduction rate is shown at 250 to 400 ° C. (first temperature range).
[0042]
  From the above results, it can be seen that when the NOx reduction catalyst 7 and the NOx absorption catalyst 8 are combined as shown in FIG. 1, a high NOx purification rate can be expected over a wide range of the catalyst inlet temperature of 150 to 400 ° C. .
[0043]
<Fuel injection control (reducing agent increasing means)>
  The NOx reduction catalyst 7 has high NOx purification performance when there is a large amount of reducing agent in the exhaust gas. Further, the NOx absorption catalyst 8 needs to release NOx by reducing the oxygen concentration of the exhaust gas when the NOx absorption amount in the oxygen-excess atmosphere increases. Hereinafter, fuel injection control for that purpose (in other words, reducing agent increase control) will be described.
[0044]
  The memory of the ECU 11 stores a target torque map in which the optimum value of the target torque is experimentally determined and recorded with respect to changes in the accelerator opening (engine load) and the engine speed, and the target torque, intake air amount, and rotation. A fuel injection amount map in which the optimum fuel injection amount Qm determined experimentally according to the change in the number is recorded electronically.
[0045]
  Normally, the target torque is obtained from the map based on the accelerator opening and the engine speed, and the fuel injection amount Qm is obtained from the map based on the target torque, the engine speed and the intake air amount, and the fuel injection of each cylinder is obtained. The excitation time (valve opening time) of the valve 4 is determined. Thus, fuel of the fuel injection amount Qm is basically injected in the vicinity of the top dead center of the compression stroke of each cylinder 2 (hereinafter referred to as main injection), and the engine 1 has a considerably lean air-fuel ratio in the combustion chamber 3 (oxygen). It is operated in a state where the concentration is 20% or more.
[0046]
  Further, when the NOx reduction catalyst 7 is in the second temperature range suitable for NOx reduction, the fuel injection amount is increased, and a part of the fuel injection amount is injected in the expansion stroke or the exhaust stroke after the main injection. The amount of reducing agent in the exhaust gas is increased to promote the reduction of NOx.
[0047]
  Further, the NOx absorption amount of the NOx absorption catalyst 8 is estimated based on the operating time of the engine, and when the estimated value becomes larger than a predetermined value and a decrease in NOx absorption performance is expected, the fuel injection amount is increased. The exhaust gas reducing agent is increased by post-injecting a part thereof. The degree of increase of the reducing agent varies depending on the temperature of the NOx absorption catalyst 8.
[0048]
  That is, when the temperature of the NOx absorption catalyst 8 is in the first temperature range suitable for NOx reduction, the atmosphere corresponding to λ = 1 is obtained by increasing the EGR rate while setting the amount of reducing agent to the first degree. When NOx is released from the catalyst 8 and the temperature is equal to or lower than the first temperature range (second temperature range), the catalyst in the NOx reduction catalyst 7 is set to a second degree with a small amount of reducing agent. The reaction is promoted, and the temperature of the NOx absorption catalyst 8 is raised using the reaction heat.
[0049]
  Thus, means for detecting the accelerator opening, the engine speed, the intake air amount, the temperature of the NOx reduction catalyst 7, and the temperature of the NOx absorption catalyst 8 are provided for the fuel injection control.
[0050]
  Hereinafter, the fuel injection control will be described specifically according to the flow shown in FIG.
[0051]
  In step S1 after the start, various data such as the accelerator opening are input, and in step S2, the NOx absorption amount NOa is estimated. In the subsequent step S3, it is determined whether or not the NOx absorption amount NOa exceeds a predetermined value, that is, whether or not the NOx absorption capacity of the NOx absorption catalyst 8 is reduced. When the NOx absorption amount NOa does not exceed the predetermined value, normal fuel injection control is performed.
[0052]
  That is, the process proceeds to step S4, where the basic injection amount Qb and the basic injection timing Ib are set according to the operating state of the engine. In the subsequent step S5, the basic injection amount Qb is set as the main injection amount Qm, and the main injection timing Im is set. A basic injection timing Ib is set. In subsequent step S6, it is checked whether or not the temperature TNR of the NOx reduction catalyst 7 is in the second temperature range (TNR1 <TNR <TNR2). The acceleration post-injection amount Qpr is set, and the post-injection timing Ipr for NOx reduction promotion is set as the post-injection timing Ip. The process proceeds to step S8, and main injection and post-injection are executed.
[0053]
  The basic injection timing Ib is basically set near the top dead center of the compression stroke. However, if the engine water temperature or the engine speed is different, the fuel spray ignition delay time will be different. The higher the number, the faster it is set. The post-injection timing Ip is set to advance as the engine load increases in the range of ATDC 30 to 90 ° CA, for example.
[0054]
  When the NOx absorption amount NOa is greater than or equal to the predetermined value NOao in step S3, the process proceeds to step S9 to check whether or not the reducing agent increase flag F = 1. If F = 0, the process proceeds to step S10, F = 1, and the process proceeds to step S11 to check whether the temperature TNT of the NOx absorption catalyst 8 is equal to or higher than a predetermined value TNTo. That is, it is a determination as to whether or not the NOx released by the NOx absorption catalyst 8 is in a first temperature range where reduction and purification can be performed.
[0055]
  When the temperature TNT of the NOx absorption catalyst 8 exceeds the predetermined value TNTo, NOx release control is performed. That is, it progresses to step S12 and the 1st timer Ta for increasing a reducing agent by the 1st degree is incremented. In subsequent step S13, it is determined whether or not the first timer Ta is longer than a predetermined timer time Tao (for example, a value corresponding to 0.5 to 5 seconds). If not, the process proceeds to step S14 and the main fuel injection amount is determined. The injection amount Qλ is set as Qm for λ for increasing the reducing agent in the first degree (for λ, it means that the exhaust gas corresponds to λ = 1. The same applies hereinafter). At the same time, the injection timing Iλ for λ is set as the main injection timing Im. In the subsequent step S15, the λ post-injection amount Qpλ is set as the post-injection amount Qp, the post-injection timing Ipλ for λ is set as the post-injection timing Ip, and main injection and post-injection are executed (step S8). In this case, control for increasing the EGR rate is performed at the same time. Therefore, the main injection amount Qλ, the post-injection amount Qpλ, and the EGR rate increase, resulting in an exhaust gas corresponding to λ = 1.
[0056]
  On the other hand, if the temperature TNT of the NOx absorption catalyst 8 is equal to or lower than the predetermined value TNTo in step S11, the temperature increase control of the NOx absorption catalyst 8 is performed. That is, the process proceeds to step S16 to set the timer time Tbo for increasing the reducing agent at the second degree according to the current temperature TNT of the NOx absorption catalyst 8, and at the subsequent step S17, the reducing agent at the second degree is set. The second timer Tb for increasing is incremented. As shown in FIG. 5, the timer time Tbo is preset and stored in the memory so as to decrease as the temperature TNT increases.
[0057]
  In the following step S18, it is determined whether or not the second timer Tb is larger than the timer time Tbo. If not, the process proceeds to step S19 to increase the reducing agent by a second degree as the main injection amount Qm of the fuel, and the NOx absorption catalyst. The temperature raising injection amount Qu for raising the temperature of 8 is set, and the temperature raising injection timing Iu is set as the main injection timing Im. In the subsequent step S20, the post-temperature increase injection amount Qpu is set as the post-injection amount Qp, and the post-temperature increase injection timing Ipu is set as the post-injection timing Ip. . Here, the relationship between the injection amounts is (Qλ + Qpλ)> (Qu + Qpu)> (Qb + Qpr).
[0058]
  When the second timer Tb exceeds the timer time Tbo in step S18, the process proceeds to step S21, the second timer Tb is returned to zero, and the process proceeds to NOx release control (proceeds to step S12).
[0059]
  When the first timer Ta exceeds the timer time Tao in step S13, the process proceeds to step S22 to end the NOx release control, the first timer Ta is returned to zero, the NOx absorption amount NOa is reset, and F = 1 shifts to normal control (proceeds to step S4).
[0060]
  When F = 1 in step S9, the reducing agent increase control is in progress, and the process proceeds to step S23 to check whether the first timer Ta is being counted. If the counting is in progress, the process proceeds to step S12 to continue the NOx release control.
[0061]
  Therefore, in the case of the fuel injection control (reducing agent increase control) as described above, when the NOx absorption amount NOa of the NOx absorption catalyst 8 is small, the fuel injection control corresponding to the normal engine operating state is performed. In this normal control, if the temperature of the NOx reduction catalyst 7 is in the second temperature range (TNR1 <TNR <TNR2), the amount of reducing agent in the exhaust gas is increased by supplying the post-injection fuel Qpr. Thus, NOx reduction purification is efficiently performed.
[0062]
  Further, even if the exhaust gas temperature rises and the NOx reduction and purification efficiency of the NOx reduction catalyst 7 decreases, NOx is absorbed by the NOx absorption catalyst 8, so that a large amount of unpurified NOx is discharged into the atmosphere. It is prevented.
[0063]
  When the NOx absorption amount NOa of the NOx absorption catalyst 8 exceeds the predetermined value NOao, when the temperature TNT of the NOx absorption catalyst 8 is equal to or lower than TNTo (not yet a temperature suitable for NOx release and reduction purification), Since the reducing agent in the exhaust gas is increased by the second degree by supplying the injected fuel Qpu, the NOx reduction purification (HC oxidation) reaction in the NOx reduction catalyst 7 is promoted, and the temperature of the catalyst 7 rises. . As a result, the temperature of the exhaust gas flowing from the catalyst to the downstream side increases, and the NOx absorption catalyst 8 can be raised at an early temperature.
[0064]
  The temperature increase control time is monitored by the second timer Tb, and the timer time Tbo is set according to the temperature of the NOx absorption catalyst 8 at the start of the temperature increase control, so that the temperature increase is insufficient at the start of the NOx release control. In addition to avoiding excessive temperature rise, it is advantageous for reducing and purifying the released NOx, and it is possible to raise the temperature to the optimum temperature in the minimum necessary time, which is advantageous for preventing discharge of unpurified NOx.
[0065]
  In the NOx release control, since the EGR rate is increased together with the increase in the post-injection amount (increase in the first degree of the reducing agent), it is not necessary to increase the degree of increase in the post-injection amount, which is advantageous for improving fuel efficiency. .
[0066]
<Other embodiments>
  As shown in FIG. 6, a DPF (diesel particulate filter) 12 can be disposed in the exhaust passage 6 between the NOx reduction catalyst 7 and the NOx absorption catalyst 8. In this way, the soot contained in the exhaust gas can be removed, and the exhaust gas temperature can be increased by the catalytic reaction heat in the NOx reduction catalyst 7 to regenerate the DPF 12.
[0067]
  As shown in FIG. 7, when the NOx reduction catalyst 7 is coated on the cell surface of the DPF 12, soot contained in the exhaust gas can be removed, and the DPF 12 can be removed by the heat of catalytic reaction of the NOx reduction catalyst 7. The regeneration can be achieved by raising the temperature.
[0068]
  As shown in FIG. 8, if the NOx absorption catalyst 8 is coated on the cell surface of the DPF 12, soot contained in the exhaust gas can be removed and NOx released from the NOx absorption catalyst 8 is reduced. Regeneration can be achieved by increasing the temperature of the DPF 12 by the reaction heat at the time of purification.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an exhaust emission control device for an engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the result of evaluating the relationship between the catalyst inlet gas temperature and the NOx purification rate of the NOx reduction catalyst according to the same embodiment with an actual vehicle.
FIG. 3 is a graph showing the results of a bench test that evaluates the relationship between the catalyst inlet gas temperature and the NOx reduction rate of the NOx absorption catalyst according to the same embodiment.
FIG. 4 is a flowchart of fuel injection control according to the embodiment.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a timer time for increasing the reducing agent in the second embodiment by a second degree and the temperature of the NOx absorption catalyst;
FIG. 6 is a configuration diagram of an engine exhaust purification device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of an engine exhaust purification device according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of an exhaust emission control device for an engine according to still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
    1 Diesel engine
    2-cylinder
    3 Combustion chamber
    4 Fuel injection valve
    5 Intake passage
    6 Exhaust passage
    7 NOx reduction catalyst
    8 NOx absorption catalyst
    9 EGR passage
  10 EGR valve
  11 ECU (engine control means)
  12 DPF

Claims (6)

エンジンの排気通路に配置され、排気ガスの酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気では該排気ガス中のNOxを吸収し該排気ガスの酸素濃度が低下するとその吸収していたNOxを放出して還元浄化するNOx吸収触媒と、
上記NOx吸収触媒よりも上流側の上記排気通路に配置され、上記酸素過剰雰囲気でその排気ガス中のNOxを還元浄化するNOx還元触媒と、
上記NOx還元触媒に供給される排気ガス中の還元剤を増量する還元剤増量手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、
上記NOx吸収触媒は、所定の第1温度域にあるときは該第1温度域よりも低い第2温度域にあるときよりもNOx浄化性能が高く、
上記NOx還元触媒は、上記第2温度域にあるときは上記第1温度域にあるときよりもNOx浄化性能が高く、
上記還元剤増量手段は、上記NOx吸収触媒に吸収されたNOx量が所定値以上であるときにおいて、該NOx吸収触媒の温度が所定温度よりも高いときは該NOx吸収触媒からNOxが放出されるように上記排気ガス中の還元剤を第1度合で増量させ、該NOx吸収触媒の温度が上記所定温度以下のときは上記還元剤を上記第1度合よりも低い第2度合で増量させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
In an oxygen-excess atmosphere where the exhaust gas has a high oxygen concentration, the NOx in the exhaust gas is absorbed, and when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, the absorbed NOx is released and reduced and purified. A NOx absorption catalyst;
A NOx reduction catalyst that is disposed in the exhaust passage upstream of the NOx absorption catalyst and reduces and purifies NOx in the exhaust gas in the oxygen-excess atmosphere;
In an engine exhaust purification device comprising a reducing agent increasing means for increasing the reducing agent in the exhaust gas supplied to the NOx reduction catalyst,
The NOx absorption catalyst has a higher NOx purification performance when it is in a predetermined first temperature range than when it is in a second temperature range lower than the first temperature range,
The NOx reduction catalyst, when in the second temperature range is rather NOx purification performance is higher than when it is in the first temperature range,
The reducing agent increasing means releases NOx from the NOx absorption catalyst when the NOx amount absorbed by the NOx absorption catalyst is equal to or higher than a predetermined value and the temperature of the NOx absorption catalyst is higher than a predetermined temperature. As described above, the reducing agent in the exhaust gas is increased in a first degree, and when the temperature of the NOx absorption catalyst is equal to or lower than the predetermined temperature, the reducing agent is increased in a second degree lower than the first degree. An exhaust gas purification device for an engine.
請求項1に記載されているエンジンの排気浄化装置において、
上記NOx還元触媒は、ゼオライトにPtを担持してなるものであることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
The engine exhaust gas purification apparatus according to claim 1,
The exhaust gas purification apparatus for an engine, wherein the NOx reduction catalyst is formed by supporting Pt on zeolite.
請求項2に記載されているエンジンの排気浄化装置において、
上記NOx還元触媒は、担体に担持されていて、該担体の排気ガス流れ方向の上流側部位は下流側部位よりもPt担持量が多いことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
In the exhaust emission control device for an engine according to claim 2,
The engine NOx reduction catalyst is supported on a carrier, and the upstream portion of the carrier in the exhaust gas flow direction has a larger amount of Pt supported than the downstream portion.
請求項1に記載されているエンジンの排気浄化装置において、
上記NOx還元触媒と上記NOx吸収触媒との間にディーゼルパティキュレートフィルタが配置されていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
The engine exhaust gas purification apparatus according to claim 1,
An exhaust emission control device for an engine, wherein a diesel particulate filter is disposed between the NOx reduction catalyst and the NOx absorption catalyst.
請求項1に記載されているエンジンの排気浄化装置において、
上記NOx還元触媒は、ディーゼルパティキュレートフィルタのセル表面にコーティングされていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
The engine exhaust gas purification apparatus according to claim 1,
An exhaust gas purification apparatus for an engine, wherein the NOx reduction catalyst is coated on a cell surface of a diesel particulate filter.
請求項1に記載されているエンジンの排気浄化装置において、
上記NOx吸収触媒は、ディーゼルパティキュレートフィルタのセル表面にコーティングされていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
The engine exhaust gas purification apparatus according to claim 1,
The exhaust gas purification apparatus for an engine, wherein the NOx absorption catalyst is coated on a cell surface of a diesel particulate filter.
JP2002046729A 2002-02-22 2002-02-22 Engine exhaust purification system Expired - Fee Related JP4165085B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002046729A JP4165085B2 (en) 2002-02-22 2002-02-22 Engine exhaust purification system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002046729A JP4165085B2 (en) 2002-02-22 2002-02-22 Engine exhaust purification system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003247418A JP2003247418A (en) 2003-09-05
JP4165085B2 true JP4165085B2 (en) 2008-10-15

Family

ID=28660026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002046729A Expired - Fee Related JP4165085B2 (en) 2002-02-22 2002-02-22 Engine exhaust purification system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4165085B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5094199B2 (en) * 2007-04-26 2012-12-12 本田技研工業株式会社 Exhaust gas purification device
JP4941111B2 (en) * 2007-06-01 2012-05-30 マツダ株式会社 Exhaust gas purification device
JP5116377B2 (en) * 2007-06-22 2013-01-09 旭化成株式会社 Exhaust NOx purification method
JP5726414B2 (en) * 2009-11-18 2015-06-03 日本碍子株式会社 Catalyst-carrying filter and exhaust gas purification system
JP2014141923A (en) * 2013-01-24 2014-08-07 Hino Motors Ltd Exhaust emission control device
JP6649633B2 (en) * 2017-10-05 2020-02-19 マツダ株式会社 Engine exhaust purification control device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003247418A (en) 2003-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4417878B2 (en) Exhaust gas purification method and exhaust gas purification system
EP2149684B1 (en) Method of controlling nox purification system and nox purification system
US7246485B2 (en) Exhaust gas purifying device and method for internal combustion engine
JP3901194B2 (en) Exhaust gas purification method and exhaust gas purification system
JP4263711B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
WO2007123011A1 (en) Exhaust gas purification method and exhaust gas purification system
JP4168781B2 (en) NOx catalyst regeneration method for NOx purification system and NOx purification system
JP2007255342A (en) METHOD OF CONTROLLING NOx EMISSION CONTROL SYSTEM AND NOx EMISSION CONTROL SYSTEM
EP1925798B1 (en) Exhaust gas purifying device for an internal combustion engine
JP4406309B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP4165085B2 (en) Engine exhaust purification system
US10933374B2 (en) Exhaust emission control device, method and computer program product for an engine
JP5163808B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP4357917B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP3876905B2 (en) Desulfurization control method for exhaust gas purification system and exhaust gas purification system
JP2003269230A (en) Internal combustion engine
JP6504474B2 (en) Engine exhaust purification system
JP4019867B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2007009810A (en) METHOD FOR CONTROLLING SULFUR PURGE OF NOx ELIMINATION SYSTEM AND NOx ELIMINATION SYSTEM
JP4019891B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2003214150A (en) Exhaust emission control device and exhaust emission control method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050113

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080321

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080408

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080526

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080708

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080721

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110808

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120808

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120808

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130808

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees