JP4631680B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
内燃機関の排気通路に吸蔵還元型NOx触媒(以下、単にNOx触媒という。)を配置する技術が知られている。このNOx触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中
のNOxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵し
ていたNOxを還元する。
A technique is known in which an NOx storage reduction catalyst (hereinafter simply referred to as a NOx catalyst) is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine. The NOx catalyst occludes NOx in the exhaust when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is high, and reduces the stored NOx when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas decreases and a reducing agent is present.
ところで、NOx触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物(S
Ox)もNOxと同じメカニズムで吸蔵される。このように吸蔵されたSOxはNOxよりも放出されにくく、NOx触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒という。この硫黄被毒によ
りNOx触媒でのNOx浄化率が低下するため、適宜の時期に硫黄被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、NOx触媒を高温にし、且つ酸素濃度
を低下させた排気をNOx触媒に流通させて行われる。
By the way, the NOx catalyst is sulfur oxide (S
Ox) is also occluded by the same mechanism as NOx. The stored SOx is less likely to be released than NOx and accumulates in the NOx catalyst. This is called sulfur poisoning. Since the NOx purification rate in the NOx catalyst is reduced by this sulfur poisoning, it is necessary to perform a poisoning recovery process for recovering from sulfur poisoning at an appropriate time. This poisoning recovery process is performed by causing the NOx catalyst to have a high temperature and the exhaust gas having a reduced oxygen concentration to flow through the NOx catalyst.
このようにして、NOxの還元及び硫黄被毒の回復をリッチ雰囲気にて行うと、NOx触媒下流に還元剤やH2Sが流出することがある。ここで、NOx触媒の下流に酸化触媒を設け、該酸化触媒に空気を供給して酸素過剰の雰囲気を形成し、還元剤やH2Sを酸化させ
る技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
ところで、二次空気を供給するためのエアポンプは、もともと機関始動直後における触媒の暖機促進やHC浄化のために備えられている。そのため、走行中に長時間二次空気を送る必要がある硫黄被毒回復処理時に用いることは考えられていない。仮に、硫黄被毒回復処理にエアポンプを用いるとすると、モータの使用頻度が高くなるので、モータの寿命を延長させるための設計変更等が必要となる。そのため、コストアップするおそれがある。また、モータの消費電力が多くなるため、燃費を悪化させるおそれもある。 Incidentally, an air pump for supplying secondary air is originally provided for promoting warm-up of the catalyst and HC purification immediately after the engine is started. Therefore, it is not considered to be used at the time of sulfur poisoning recovery processing in which secondary air needs to be sent for a long time during traveling. If an air pump is used for the sulfur poisoning recovery process, the frequency of use of the motor increases. Therefore, a design change or the like is required to extend the life of the motor. Therefore, there is a risk of increasing the cost. In addition, since the power consumption of the motor is increased, there is a possibility that the fuel consumption is deteriorated.
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、二次空気供給用のエアポンプの使用頻度を低下させることができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the frequency of use of an air pump for supplying secondary air in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine. And
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存在下でNOxを還元するNOx触媒と、
前記NOx触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記NOx触媒の下流に設けられ酸化機能を有する触媒と、
前記NOx触媒から前記酸化機能を有する触媒までの間の排気通路に二次空気を供給す
る少なくとも2つの二次空気供給源と、
前記内燃機関の負荷に応じて前記二次空気供給源を切り替える二次空気供給源切替手段と、
を具備することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention employs the following means. That is, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention is
A NOx catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine for reducing NOx in the presence of a reducing agent;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the NOx catalyst;
A catalyst provided downstream of the NOx catalyst and having an oxidation function;
At least two secondary air sources for supplying secondary air to an exhaust passage between the NOx catalyst and the catalyst having an oxidizing function;
Secondary air supply source switching means for switching the secondary air supply source according to the load of the internal combustion engine;
It is characterized by comprising.
NOx触媒に還元剤が供給されると、該NOx触媒に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となり、該NOx触媒からSOxが放出される。しかし、このときにHCやCO等の還元剤の一部が下流へ流出することがある。また、硫黄被毒回復時には、NOx触媒から放出
されたSOxがH2Sになり易い。このようにしてNOx触媒から流出したHC、CO、お
よびH2Sを下流の触媒により酸化させる。ここで、酸化機能を有する触媒は、酸素過剰
の雰囲気において酸化機能が有効に働くが、硫黄被毒回復時には還元剤の供給により酸素濃度が低下しているので、触媒の酸化能力も低下してしまう。このような状態であっても、二次空気供給源から酸化機能を有する触媒の上流へ空気を供給することにより、該触媒の酸化能力を向上させることができる。
When the reducing agent is supplied to the NOx catalyst, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst becomes a rich air-fuel ratio, and SOx is released from the NOx catalyst. However, at this time, a part of the reducing agent such as HC and CO may flow downstream. Further, at the time of recovery from sulfur poisoning, SOx released from the NOx catalyst tends to become H 2 S. In this way, HC, CO, and H 2 S flowing out from the NOx catalyst are oxidized by the downstream catalyst. Here, the catalyst having an oxidation function works effectively in an oxygen-excess atmosphere. However, when the sulfur poisoning is recovered, the oxygen concentration is lowered by the supply of the reducing agent. End up. Even in such a state, it is possible to improve the oxidation ability of the catalyst by supplying air from the secondary air supply source to the upstream side of the catalyst having an oxidation function.
そして、二次空気供給源を少なくとも2つ備え、内燃機関の負荷に応じて切り替えることにより、夫々の二次空気供給源の使用頻度を低下させることができる。これにより、夫々の二次空気供給源における部品の劣化等を抑制することができるので、夫々の二次空気供給源の耐久性を向上させることができる。 Then, by providing at least two secondary air supply sources and switching them according to the load of the internal combustion engine, the frequency of use of each secondary air supply source can be reduced. Thereby, since deterioration of components in each secondary air supply source can be suppressed, durability of each secondary air supply source can be improved.
また、本発明においては、前記二次空気供給源の少なくとも1つは電動モータにより駆動されるエアポンプからなり、また少なくとも1つは該エアポンプ以外の手段からなり、前記二次空気供給源切替手段は、前記エアポンプの作動状態に基づいて該エアポンプとその他の二次空気供給源とを切り替えることができる。 In the present invention, at least one of the secondary air supply sources is an air pump driven by an electric motor, and at least one is a means other than the air pump, and the secondary air supply source switching means is The air pump and other secondary air supply sources can be switched based on the operating state of the air pump.
すなわち、内燃機関の負荷とエアポンプの作動状態とに基づいて二次空気供給源を切り替えることができる。ここで、エアポンプの作動状態として、たとえばエアポンプの作動時間、エアポンプの消費電力、または電動モータのブラシ温度を挙げることができる。エアポンプの作動時間が長くなったり、エアポンプの消費電力が多くなったりすると、所謂バッテリ上がりが起こるおそれがある。また、電動モータのブラシ温度が高くなるとモータの寿命が短くなる。これらが起こり得る場合にはエアポンプ以外の他の二次空気供給源から二次空気を供給することにより、バッテリ上がりや電動モータのブラシ温度の上昇を抑制しつつエアポンプの使用頻度を低下させることができる。これにより、電動モータの負担を軽減することができるので、電動モータの耐久性の向上および消費電力の低減を図ることができる。たとえば、内燃機関の負荷によりエアポンプから他の二次空気供給源に切り替える必要が生じても、該エアポンプの作動状態によってはエアポンプによる二次空気の供給を続行してもよい。 That is, the secondary air supply source can be switched based on the load of the internal combustion engine and the operating state of the air pump. Here, examples of the operating state of the air pump include the operating time of the air pump, the power consumption of the air pump, or the brush temperature of the electric motor. If the operation time of the air pump becomes long or the power consumption of the air pump increases, so-called battery exhaustion may occur. Further, the life of the motor is shortened when the brush temperature of the electric motor is increased. If this can occur, supplying secondary air from a secondary air supply source other than the air pump can reduce the frequency of air pump use while suppressing battery run-up and brush temperature increase of the electric motor. it can. Thereby, since the burden of the electric motor can be reduced, it is possible to improve the durability of the electric motor and reduce the power consumption. For example, even if it is necessary to switch from the air pump to another secondary air supply source due to the load of the internal combustion engine, the supply of secondary air by the air pump may be continued depending on the operating state of the air pump.
また、本発明においては、前記内燃機関が軽負荷で運転されている場合には、前記エアポンプからの空気を排気通路へ供給することができる。 In the present invention, when the internal combustion engine is operated at a light load, air from the air pump can be supplied to the exhaust passage.
内燃機関が軽負荷で運転されているときに、前記エアポンプから二次空気を供給し、他の負荷のときには、エアポンプ以外の二次空気供給源から二次空気を供給することにより、モータの負荷を軽減することができる。これにより、エアポンプの耐久性の向上および消費電力の低減を図ることができる。 When the internal combustion engine is operated at a light load, secondary air is supplied from the air pump, and at other loads, secondary air is supplied from a secondary air supply source other than the air pump. Can be reduced. Thereby, the durability of the air pump can be improved and the power consumption can be reduced.
また、本発明においては、過給機と、
前記NOx触媒から前記酸化機能を有する触媒までの間の排気通路と前記過給機から前
記内燃機関までの間の吸気通路とを接続する二次空気供給管と、
をさらに備え、
前記二次空気供給源の少なくとも1つは前記過給機からなり、前記過給機から前記内燃機関までの間の吸気通路の圧力が、前記NOx触媒から前記酸化機能を有する触媒までの
間の排気通路の圧力よりも高い場合には、前記吸気通路を流れる空気を前記二次空気供給
管を介して前記排気通路へ供給することができる。
In the present invention, a supercharger,
A secondary air supply pipe connecting an exhaust passage from the NOx catalyst to the catalyst having the oxidation function and an intake passage from the supercharger to the internal combustion engine;
Further comprising
At least one of the secondary air supply sources includes the supercharger, and the pressure in the intake passage between the supercharger and the internal combustion engine is between the NOx catalyst and the catalyst having the oxidation function. When the pressure is higher than the pressure in the exhaust passage, the air flowing through the intake passage can be supplied to the exhaust passage through the secondary air supply pipe.
前記過給機により吸気通路を流れる空気の圧力が上昇される。そして、前記過給機から前記内燃機関までの間の吸気通路の圧力が、前記NOx触媒から前記酸化機能を有する触
媒までの間の排気通路の圧力よりも高い場合には、二次空気供給管内を吸気通路から排気通路へ向かって空気が流通する。これにより、酸化機能を有する触媒へ吸気通路内の空気を供給することができるので、該酸化機能を有する触媒の酸化能力を向上させることが可能となる。また、過給機による過給圧が十分でない場合には、前記エアポンプにより二次空気を供給することができる。このようにして、エアポンプの負荷を低減することができる。そして、エアポンプの耐久性の向上および消費電力の低減を図ることができる。
The pressure of the air flowing through the intake passage is increased by the supercharger. When the pressure in the intake passage between the supercharger and the internal combustion engine is higher than the pressure in the exhaust passage between the NOx catalyst and the catalyst having the oxidation function, the inside of the secondary air supply pipe The air flows from the intake passage toward the exhaust passage. As a result, the air in the intake passage can be supplied to the catalyst having the oxidation function, so that the oxidation ability of the catalyst having the oxidation function can be improved. Moreover, when the supercharging pressure by the supercharger is not sufficient, secondary air can be supplied by the air pump. In this way, the load on the air pump can be reduced. And the durability of an air pump can be improved and the power consumption can be reduced.
また、本発明においては、前記過給機から前記内燃機関までの間に吸気を冷却するためのインタークーラをさらに備え、
前記二次空気供給管は、前記NOx触媒から前記酸化機能を有する触媒までの間の排気
通路と前記インタークーラから内燃機関までの間の吸気通路とを接続することができる。
The present invention further includes an intercooler for cooling the intake air between the supercharger and the internal combustion engine,
The secondary air supply pipe can connect an exhaust passage from the NOx catalyst to the catalyst having the oxidation function and an intake passage from the intercooler to the internal combustion engine.
ここで、前記過給機で圧縮された空気は温度が上昇する。その後、インタークーラを通過させることにより、この空気の温度を低下させることができる。そして、温度が低下した空気を触媒へ供給することにより、該触媒の温度上昇を低減することができる。そのため、還元剤供給間隔を短くすることができるので、還元剤供給の効果を高めることができる。 Here, the temperature of the air compressed by the supercharger rises. Thereafter, the temperature of the air can be lowered by passing the intercooler. And the temperature rise of this catalyst can be reduced by supplying the air which temperature fell to the catalyst. Therefore, since the reducing agent supply interval can be shortened, the effect of reducing agent supply can be enhanced.
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、二次空気供給源を切り替えることができるので、二次空気供給用のエアポンプの使用頻度を低下させることができる。 Since the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention can switch the secondary air supply source, the frequency of use of the air pump for supplying secondary air can be reduced.
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。 Hereinafter, specific embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関1とその吸・排気通路の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、4つの気筒2を有する4サイクル・ディーゼルエンジンである。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine 1 to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment is applied and its intake / exhaust passage. The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a four-cycle diesel engine having four
内燃機関1には、吸気枝管3が接続されており、該吸気枝管3の各枝管は、各気筒2の燃焼室と通じている。前記吸気枝管3は、吸気管4に接続され、該吸気管4の途中には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機(ターボチャージャ)5のコンプレッサハウジング5aが設けられている。
An
前記吸気管4における吸気枝管3の直上流に位置する部位には、該吸気管4内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁6が設けられている。吸気絞り弁6とコンプレッサハウジング5aとの間の吸気管4には、吸気の温度を低下させるためのインタークーラ7が取り付けられている。空気がコンプレッサハウジング5aで圧縮されると該空気の温度が上昇する。そして、インタークーラ7は、吸気と外気とで熱交換を行うことにより、吸気を冷却する。また、吸気絞り弁6とインタークーラ7との間の吸気管4には、流通する吸気の圧力に対応した電気信号を出力する吸気圧センサ8が取り付けられている。
An intake throttle valve 6 for adjusting the flow rate of the intake air flowing through the
一方、内燃機関1には、排気枝管9が接続され、排気枝管9の各枝管は各気筒2の燃焼室へと通じている。排気枝管9は、前記ターボチャージャ5のタービンハウジング5bと
接続されている。前記タービンハウジング5bは、排気管10と接続されている。
排気管10の途中には、吸蔵還元型NOx触媒(以下、単にNOx触媒という。)を担持
したパティキュレートフィルタ(以下、単にフィルタという。)11が設けられている。フィルタ11は排気中の粒子状物質(以下、PMという。)を捕集する。また、NOx触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のNOxを吸蔵し、流入する排気の酸
素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたNOxを還元する機能を有する
。このフィルタ11の下流には、酸化機能を有する酸化触媒12が設けられている。また、フィルタ11と酸化触媒12との間には、流通する排気の圧力に対応した電気信号を出力する排気圧センサ13が取り付けられている。
On the other hand, an exhaust branch pipe 9 is connected to the internal combustion engine 1, and each branch pipe of the exhaust branch pipe 9 leads to a combustion chamber of each
A particulate filter (hereinafter simply referred to as a filter) 11 carrying an NOx storage reduction catalyst (hereinafter simply referred to as a NOx catalyst) 11 is provided in the middle of the
また、フィルタ11と酸化触媒12との間の排気管10には、該排気管10内に二次空気を供給するための二次空気供給ノズル20が取り付けられている。この二次空気供給ノズル20には、2つの二次空気供給管が接続されている。一方は、インタークーラ7と吸気絞り弁6との間の吸気管4に接続される吸気側供給管21である。他方は、エアポンプ22に接続されるポンプ側供給管23である。エアポンプ22は、電動モータを備えて構成され、その回転数に応じた空気を吐出する。
A secondary
そして、吸気側供給管21およびポンプ側供給管23は、二次空気供給ノズル20に併設された切替弁24に接続されている。この切替弁24により、吸気側供給管21またはポンプ側供給管23の何れか一方が選択されて、二次空気供給ノズル20に接続される。つまり、吸気側供給管21が選択されることにより、吸気管4と二次空気供給ノズル20とが連通される。さらに、二次空気供給ノズル20が開弁されることにより、吸気管4と、排気管10とが連通される。このときに、排気管10よりも吸気管4の圧力が高い場合には、吸気管4内を流通する吸気の一部が吸気側供給管21へ流入し、二次空気供給ノズル20を介して排気管10へ供給される。
The intake-
また、ポンプ側供給管23が選択されることにより、エアポンプ22と二次空気供給ノズル20とが連通される。さらに、二次空気供給ノズル20が開弁されることにより、エアポンプ22と、排気管10とが連通される。このときにエアポンプ22が作動して空気を吐出することにより、空気がポンプ側供給管23へ流入する。そして、この空気は、二次空気供給ノズル20を介して排気管10へ供給される。
Moreover, the
このようにして排気管10へ供給された空気は、排気管10の上流から流れてきた排気と混ざり合いつつ酸化触媒12へ流入する。なお、本実施例ではターボチャージャ5と、エアポンプ22とが、本発明における二次空気供給源に相当する。また、本実施例では吸気側供給管21が、本発明における二次空気供給管に相当する。
The air supplied to the
さらに、本実施例では、排気枝管9内を流通する排気中に還元剤たる燃料(軽油)を添加する還元剤添加弁14を備えている。還元剤添加弁14は、後述するECU10からの信号により開弁して燃料を噴射する。そして、還元剤添加弁14から排気枝管9内へ噴射された燃料は、排気の空燃比をリッチにすると共に、NOx触媒に吸蔵されていたNOxを還元する。NOx還元時には、フィルタ11に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期
でスパイク的(短時間)にリッチとする、所謂リッチスパイク制御を実行する。なお、本実施例では還元剤添加弁14が、本発明における還元剤供給手段に相当する。
Further, in this embodiment, a reducing
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニットであるECU15が併設されている。このECU15は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御する。
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an
ECU15には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力
信号がECU15に入力されるようになっている。一方、ECU15には、吸気絞り弁6、還元剤添加弁14、二次空気供給ノズル20、エアポンプ22、および切替弁24等が電気配線を介して接続され、ECU15はこれらを制御することが可能になっている。たとえば、ECU15は、二次空気供給ノズル20の開弁量を調整することができ、これにより二次空気の供給量を制御することができる。また、ECU15は、切替弁24を作動させることにより、吸気側供給管21またはポンプ側供給管23の何れか一方を二次空気供給ノズル20に接続させる。また、前記ECU15は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶している。
Various sensors are connected to the
ところで、NOx触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物(S
Ox)もNOxと同じメカニズムで吸蔵される。このように吸蔵されたSOxはNOxよりも放出されにくく、NOx触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒という。この硫黄被毒によ
りNOx触媒におけるNOx浄化率が低下するため、適宜の時期に硫黄被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、NOx触媒を高温にし、且つ酸素
濃度を低下させた排気をNOx触媒に流通させて行われる。そして、硫黄被毒回復処理で
は、ECU15は、フィルタ11に流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的に低くする、燃料添加制御(所謂リッチスパイク制御)を実行する。
By the way, the NOx catalyst is sulfur oxide (S
Ox) is also occluded by the same mechanism as NOx. The stored SOx is less likely to be released than NOx and accumulates in the NOx catalyst. This is called sulfur poisoning. Since the NOx purification rate in the NOx catalyst is reduced by this sulfur poisoning, it is necessary to perform a poisoning recovery process for recovering from sulfur poisoning at an appropriate time. This poisoning recovery process is performed by causing the NOx catalyst to have a high temperature and the exhaust gas having a reduced oxygen concentration to flow through the NOx catalyst. In the sulfur poisoning recovery process, the
燃料添加制御では、ECU15は、還元剤添加弁14からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく当該還元剤添加弁14を制御することにより、フィルタ11に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。フィルタ11では、温度の上昇とともにNOx触媒からSOxが放出される。これにより、フィルタ11に担持されたNOx触媒の硫黄被毒を回復することが可能となる。
In the fuel addition control, the
ところで、NOx触媒の硫黄被毒を回復させるために該NOx触媒へ燃料が供給されると、前述のようにNOx触媒からSOxが放出されるが、この放出されたSOxはリッチ雰囲
気ではH2Sになり易い。また、燃料添加量が多すぎると、HC、CO等の還元成分がN
Ox触媒を通過して下流へ流出することがある。
By the way, when fuel is supplied to the NOx catalyst in order to recover the sulfur poisoning of the NOx catalyst, SOx is released from the NOx catalyst as described above, and this released SOx is H 2 S in a rich atmosphere. It is easy to become. If the amount of fuel added is too large, reducing components such as HC and CO will be N
May flow downstream through the Ox catalyst.
これに対し、下流に酸化触媒を設けて、炭化水素(HC)等を酸化させることも考えられるが、硫黄被毒回復時では還元雰囲気となるため酸化触媒の酸化能力が著しく低下してしまう。 On the other hand, it is conceivable to provide an oxidation catalyst downstream to oxidize hydrocarbons (HC) and the like. However, since the atmosphere is reduced when sulfur poisoning is restored, the oxidation ability of the oxidation catalyst is significantly reduced.
そこで、本実施例では、酸化触媒12の上流に二次空気を供給することにより該酸化触媒12に流入する排気を酸化雰囲気にして、該酸化触媒12の酸化能力を高めるようにした。これにより、酸化触媒12にてHC、CO及びH2S等を酸化させることが可能とな
る。
Therefore, in this embodiment, the secondary air is supplied upstream of the
そのため、本実施例では、インタークーラ7と吸気絞り弁6との間の吸気管4内の圧力、およびフィルタ11と酸化触媒12との間の排気管10内の圧力を夫々検出している。そして、排気管10内の圧力よりも吸気管4内の圧力が高い場合には、吸気側供給管21が選択され、排気管10内の圧力よりも吸気管4内の圧力が低い場合にはポンプ側供給管23が選択される。その後、選択されたほうの供給管と二次空気供給ノズル20とが切替弁24により連通され、さらに二次空気供給ノズル20が開弁されると排気管10内へ二次空気が供給される。
Therefore, in this embodiment, the pressure in the
次に、本実施例に係る二次空気供給制御のフローについて説明する。 Next, the flow of secondary air supply control according to the present embodiment will be described.
図2は、本実施例に係る二次空気供給制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、硫黄被毒回復制御実行中において所定時間毎に繰り返し実行される。 FIG. 2 is a flowchart showing a flow of secondary air supply control according to the present embodiment. This routine is repeatedly executed at predetermined time intervals during execution of the sulfur poisoning recovery control.
ステップS101では、リッチ制御中であるか否か判定される。硫黄被毒回復制御では、フィルタ11に流入する排気の空燃比が一時的に所定の目標リッチ空燃比とされる。そして、フィルタ11が目標リッチ空燃比とされている期間において二次空気が必要となるため、本ステップではこの期間であるか否か判定している。ステップS101で肯定判定がなされた場合にはステップS102へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
In step S101, it is determined whether rich control is being performed. In the sulfur poisoning recovery control, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
ステップS102では、吸気管4内の圧力が排気管10内の圧力よりも高いか否か判定される。吸気管4内の圧力とは、インタークーラ7と吸気絞り弁6との間の吸気管4内の圧力であり、吸気圧センサ8により検出される圧力である。また、排気管10内の圧力とは、フィルタ11と酸化触媒12との間の排気管10内の圧力であり、排気圧センサ13により検出される圧力である。
In step S102, it is determined whether the pressure in the
すなわち、本ステップでは、吸気管4内の圧力が排気管10内の圧力よりも高いことにより、吸気管4内の空気を排気管10内へ供給できるか否か判定している。なお、排気管10内の圧力は、内燃機関1の運転状態から推定してもよい。また、例えば減速時やアイドル時、さらには軽負荷運転時などのように吸気管4内の圧力が高くなり得ない場合には、実際に圧力を検出しなくても、吸気管4内の圧力が排気管10内の圧力よりも低いと判断してもよい。すなわち、内燃機関1の負荷に応じて二次空気の供給源を切り替えるようにしてもよい。また、例えば内燃機関の回転数と負荷と切替弁24の切替ポイントとの関係を予め実験等により求めてマップ化し、該マップに基づいて切替弁24を制御してもよい。ステップS102で肯定判定がなされた場合にはステップS103へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップS104へ進む。
That is, in this step, it is determined whether or not the air in the
ステップS103では、切替弁24により吸気側供給管21と二次空気供給ノズル20とが接続される。このときにエアポンプ22が作動している場合には、エアポンプ22を停止させる。
In step S <b> 103, the intake
ステップS104では、切替弁24によりポンプ側供給管23と二次空気供給ノズル20とが接続される。同時にエアポンプ22を作動させる。
In step S <b> 104, the pump
ステップS105では、二次空気供給ノズル20の開弁量を調整することにより、二次空気の供給量が制御される。
In step S105, the supply amount of secondary air is controlled by adjusting the valve opening amount of the secondary
このようにして、酸化触媒12へ酸素を供給することができるので、硫黄被毒回復時にNOx触媒11から流出するCO、HC、およびH2S等を酸化することができる。なお
、本実施例では吸気管4および排気管10の圧力を比較して(ステップS102)切替弁24を切り替える(ステップS103,104)ECU15と、切替弁24とが、本発明における二次空気供給源切替手段に相当する。
Since oxygen can be supplied to the
このようにして、吸気管4内の圧力が排気管10内の圧力よりも高い場合には、吸気管4内の空気を二次空気として供給し、そうでない場合には、エアポンプ22からの空気を二次空気として供給することができる。これにより、エアポンプ22の使用頻度を低減することができる。そのため、消費電力を低減することができるので燃費を向上させることができる。また、エアポンプ22の磨耗等を低減することができるので、該エアポンプ22の寿命を延ばすことができる。
Thus, when the pressure in the
また、硫黄被毒回復時に二次空気を供給すると酸化触媒12でHCが酸化するため、該酸化触媒12の温度が上昇する。そして、走行中に硫黄被毒回復を行うと、このときの排
気のエネルギは大きいので、さらに酸化触媒12の温度が上昇して過熱するおそれがある。このときに、インタークーラ7を通過した後の温度の低い空気を二次空気として供給することにより、酸化触媒12の上流の排気の温度を低減することができるので、酸化触媒12の過熱を抑制することができる。
If secondary air is supplied during recovery from sulfur poisoning, HC is oxidized by the
ところで、還元剤添加時には触媒の過熱を抑制するために還元剤を添加しない期間を設けている。しかし、二次空気の供給により酸化触媒12の温度上昇を抑制することができるので、この還元剤を添加しない期間を短くすることができる。これにより、酸化触媒12から硫黄成分を容易に放出させることができる。また、硫黄被毒回復に要する時間を短縮することができるので、有害成分の放出を抑制することができる。また、燃費を向上させることができる。
By the way, when the reducing agent is added, a period in which the reducing agent is not added is provided in order to suppress overheating of the catalyst. However, since the temperature rise of the
さらに、内燃機関1の負荷が高いときにはエアポンプ22から二次空気を供給する必要がなくなるため、該エアポンプ22の最大吐出量を減少させることができるので、エアポンプ22の小型化が可能となる。
Furthermore, since it is not necessary to supply secondary air from the
実施例1では、内燃機関1の負荷に応じて切替弁24を制御しているが、本実施例では、これに代えて、またはこれと共に、エアポンプ22の作動状態に基づいて切替弁24を制御するようにする。たとえば、エアポンプ22の作動時間、エアポンプ22の消費電力、またはエアポンプ22に備わる電動モータのブラシ温度に基づいて切替弁24を制御する。
In the first embodiment, the switching
エアポンプ22の作動時間が所定時間よりも長くなった場合、エアポンプの消費電力が所定値よりも大きくなった場合、または電動モータのブラシ温度が所定温度よりも高くなった場合に、ECU15が切替弁24を作動させて吸気側供給管21と二次空気供給ノズル20とを連通させ、さらにエアポンプ22を停止させる。これにより、バッテリ上がりの抑制やエアポンプ22の寿命を延長させることができる。また、電動モータの負担を軽減することができるので、電動モータの耐久性の向上および消費電力の低減を図ることができる。
When the operating time of the
さらに内燃機関の負荷を考慮して切替弁24を制御してもよい。ここで、実施例1では、吸気管4内の圧力が排気管10内の圧力よりも高い場合に、切替弁24により二次空気供給ノズル20と吸気側供給管21とを連通させていた。一方、本実施例では、吸気管4内の圧力が排気管10内の圧力よりも高くなっても、これだけでは切替弁24を切り替えず、さらにエアポンプ22の作動状態が前記したバッテリ上がりを起こすおそれやエアポンプ22の寿命を短くするおそれのある状態の場合に切替弁24を切り替えてもよい。すなわち、内燃機関1の負荷だけを考慮すれば吸気管4からの空気を排気管10に供給するような状態であっても、エアポンプ22の作動状態によっては該エアポンプ22からの空気を排気管10に供給してもよい。
Further, the switching
このようにしても、エアポンプ22の作動時間を短縮することができるので、実施例1と同様の効果を得ることができる。
Even if it does in this way, since the working time of the
1 内燃機関
2 気筒
3 吸気枝管
4 吸気管
5 ターボチャージャ
5a コンプレッサハウジング
5b タービンハウジング
6 吸気絞り弁
7 インタークーラ
8 吸気圧センサ
9 排気枝管
10 排気管
11 フィルタ(吸蔵還元型NOx触媒)
12 酸化触媒
13 排気圧センサ
14 還元剤添加弁
15 ECU
20 二次空気供給ノズル
21 吸気側供給管
22 エアポンプ
23 ポンプ側供給管
24 切替弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
12
20 Secondary
Claims (4)
前記NOx触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記NOx触媒の下流に設けられ酸化機能を有する触媒と、
前記NOx触媒から前記酸化機能を有する触媒までの間の排気通路に二次空気を供給す
る少なくとも2つの二次空気供給源と、
前記内燃機関の負荷に応じて前記二次空気供給源を切り替える二次空気供給源切替手段と、
を具備し、
前記二次空気供給源の少なくとも1つは電動モータにより駆動されるエアポンプからなり、また少なくとも1つは該エアポンプ以外の手段からなり、前記二次空気供給源切替手段は、前記エアポンプの作動状態に基づいて該エアポンプとその他の二次空気供給源とを切り替えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 A NOx catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine for reducing NOx in the presence of a reducing agent;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the NOx catalyst;
A catalyst provided downstream of the NOx catalyst and having an oxidation function;
At least two secondary air sources for supplying secondary air to an exhaust passage between the NOx catalyst and the catalyst having the oxidation function;
Secondary air supply source switching means for switching the secondary air supply source according to the load of the internal combustion engine;
Equipped with,
At least one of the secondary air supply sources is composed of an air pump driven by an electric motor, and at least one is composed of means other than the air pump, and the secondary air supply source switching means is in an operating state of the air pump. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the air pump and another secondary air supply source are switched based on the air pump .
前記NOx触媒から前記酸化機能を有する触媒までの間の排気通路と前記過給機から前
記内燃機関までの間の吸気通路とを接続する二次空気供給管と、
をさらに備え、
前記二次空気供給源の少なくとも1つは前記過給機からなり、前記過給機から前記内燃機関までの間の吸気通路の圧力が、前記NOx触媒から前記酸化機能を有する触媒までの
間の排気通路の圧力よりも高い場合には、前記吸気通路を流れる空気を前記二次空気供給管を介して前記排気通路へ供給することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 A turbocharger,
A secondary air supply pipe connecting an exhaust passage from the NOx catalyst to the catalyst having the oxidation function and an intake passage from the supercharger to the internal combustion engine;
Further comprising
At least one of the secondary air supply sources includes the supercharger, and the pressure in the intake passage between the supercharger and the internal combustion engine is between the NOx catalyst and the catalyst having the oxidation function. 3. The exhaust gas of the internal combustion engine according to claim 1, wherein when the pressure in the exhaust passage is higher, the air flowing through the intake passage is supplied to the exhaust passage through the secondary air supply pipe. Purification equipment.
前記二次空気供給管は、前記NOx触媒から前記酸化機能を有する触媒までの間の排気
通路と前記インタークーラから内燃機関までの間の吸気通路とを接続することを特徴とす
る請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置。 An intercooler for cooling the intake air between the supercharger and the internal combustion engine;
The secondary air supply pipe, to claim 3, characterized in that to connect the intake passage between the said NOx catalyst to the internal combustion engine from the intercooler and the exhaust passage until the catalyst having the oxidizing function An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine as described.
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