JP4941111B2 - Exhaust gas purification device - Google Patents
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本発明は、エンジンの排ガスに含まれるNOxの外部への排出を抑制するための排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for suppressing emission of NOx contained in engine exhaust gas to the outside.
前記のような排ガス浄化装置として、エンジンの排気通路にNOxを吸着可能なNOx吸着材とNOxから生成されるNH3を吸着可能なNH3吸着材とを有するNOx触媒装置を備え、前記NH3吸着材に吸着されたNH3により前記NOxが還元浄化されるものが知られている。具体的には、酸素不足雰囲気下で前記NOxはNH3に転化され、この転化されたNH3が前記NH3吸着材に吸着される。そして、酸素過剰雰囲気下で、前記NOx吸着材にNOxが吸着されるとともにこの吸着したNOxが前記NH3で還元浄化される。 As an exhaust gas purifying apparatus as described above, provided with a NOx catalyst device having a NH 3 and can adsorb an NH 3 adsorbing material produced the NOx in the exhaust passage of the engine from adsorbable NOx adsorbent and NOx, the NH 3 It is known that the NOx is reduced and purified by NH 3 adsorbed on an adsorbent. Specifically, the NOx is converted to NH 3 under an oxygen-deficient atmosphere, and the converted NH 3 is adsorbed on the NH 3 adsorbent. Then, NOx is adsorbed on the NOx adsorbent in an oxygen-excess atmosphere, and the adsorbed NOx is reduced and purified by the NH 3 .
例えば、特許文献1には、NOx吸着能力を有するセリアを含有するNOx吸着材と、NH3吸着能力を有するゼオライトを含有するNH3吸着材とを備えたNOx触媒装置を有する装置が開示されている。この装置では、前記NOx吸着材に吸着されているNOxの量を推定し、この推定値が所定値以上の場合に前記燃焼室の空燃比をリッチの状態に制御して前記NOxを前記NH3に転化する。
ここで、前記のようなNOx吸着材は、排ガスの温度が所定値以上になると吸着しているNOxが脱離するという特性を有している。そのため、エンジンの運転条件等によっては排ガスの温度が前記所定温度以上になり、前記NOx吸着材からNOxが脱離して当該NOxが外部に排出されてしまうという問題がある。 Here, the NOx adsorbent as described above has a characteristic that the adsorbed NOx is desorbed when the temperature of the exhaust gas exceeds a predetermined value. Therefore, depending on the engine operating conditions and the like, there is a problem that the temperature of the exhaust gas becomes equal to or higher than the predetermined temperature, NOx is desorbed from the NOx adsorbent, and the NOx is discharged to the outside.
本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、排ガス温度が高温の場合にもNOxの外部への排出をより確実に抑制することのできる排ガス浄化装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device that can more reliably suppress NOx emission to the outside even when the exhaust gas temperature is high. .
前記課題を解決するために本発明は、リーンバーンエンジンにおける排ガス浄化装置であって、前記エンジンの排気通路に設けられて、前記エンジンの燃焼室から排出される排ガス中に含まれるNOxを吸着するNOx吸着材と当該NOx吸着材に吸着されたNOxが酸素不足雰囲気下で転化されてなるNH3を吸着するNH3吸着材とを含有するNOx吸着触媒装置と、当該NOx吸着触媒装置の下流側に設けられて、前記NOx吸着材がNOxを吸着する温度よりも高い温度で前記排気通路内のNOxを吸蔵するNOx吸蔵材を含有するNOx吸蔵触媒装置と、前記NOx吸蔵触媒装置におけるNOxの吸蔵状態を判断する吸蔵状態判断手段と、前記吸蔵状態判断手段で判断された前記NOx吸蔵触媒装置におけるNOxの吸蔵状態に基づいて、前記排ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチ側のNOx放出空燃比にするリッチ化制御を実施し、前記NOx吸蔵触媒装置に含まれる前記NOx吸蔵材に吸蔵されたNOxを放出させるとともにこの放出されたNOxを還元浄化するNOx放出手段とを備えることを特徴とする排ガス浄化装置を提供する(請求項1)。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is an exhaust gas purification apparatus for a lean burn engine, and is provided in an exhaust passage of the engine to adsorb NOx contained in exhaust gas discharged from a combustion chamber of the engine. a NOx trap catalyst device containing a NH 3 adsorbing material for adsorbing NH 3 to NOx adsorbed on the NOx adsorbent and the NOx adsorbent is been converted in an oxygen deficient atmosphere, downstream of the NOx trap catalyst device provided, the NOx storage catalytic device containing a NOx-absorbing material for absorbing the NOx in the exhaust passage at a temperature higher than the temperature at which the NOx adsorbent adsorbs NOx, storage of NOx in the NOx storage catalytic converter An NOx storage state in the NOx storage catalyst device determined by the storage state determination means; Then, the enrichment control is performed to make the air-fuel ratio of the exhaust gas richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and the NOx occluded in the NOx occlusion material included in the NOx occlusion catalyst device is released. In addition , an exhaust gas purification device is provided, characterized by comprising NOx release means for reducing and purifying the released NOx (claim 1).
本発明によれば、前記NOx吸着材を含有するNOx吸着触媒装置の下流側に、当該NOx吸着材がNOxを吸着する温度よりも高い温度でNOxを吸蔵するNOx吸蔵材を含有するNOx吸蔵触媒装置が設けられているので、排ガス温度が高温になることにより前記NOx吸着材からNOxが脱離した場合であっても、前記NOx吸蔵材がこの脱離したNOxを吸蔵することができる。このことは、より広い排ガス温度域ひいてはより広い運転領域にわたってNOxの外部への排出を抑制する。 According to the present invention, the NOx occlusion catalyst containing the NOx occlusion material that occludes NOx at a temperature higher than the temperature at which the NOx adsorbent adsorbs NOx on the downstream side of the NOx adsorption catalyst device containing the NOx adsorbent. Since the apparatus is provided, even if NOx is desorbed from the NOx adsorbent due to a high exhaust gas temperature, the NOx occlusion material can occlude the desorbed NOx. This suppresses the emission of NOx to the outside over a wider exhaust gas temperature range and thus a wider operating range.
この構成では、前記NOx放出手段によって、前記排ガスの空燃比がリッチ側に制御されることによって前記NOx吸蔵材に吸蔵されたNOxが放出および還元浄化されており、前記NOx吸蔵触媒装置のNOx吸蔵能力の回復が図られている。このことは、前記NOx吸蔵触媒装置による排ガス中のNOxの吸蔵能力を維持し、NOxの外部への放出をより確実に抑制する。特に、本構成では、前記NOx吸蔵状態判断手段で判断された前記NOx吸蔵触媒装置のNOxの吸蔵状態に基づき前記リッチ化制御が実施されており、前記NOx吸蔵触媒装置のNOx吸蔵能力の回復が効率よく行われる。 In this configuration, the NOx stored in the NOx storage material is released and reduced and purified by controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas to a rich side by the NOx release means, and the NOx storage of the NOx storage catalyst device. The ability is restored. This maintains the NOx storage capacity in the exhaust gas by the NOx storage catalyst device, and more reliably suppresses the release of NOx to the outside. In particular, in this configuration, the enrichment control is performed based on the NOx occlusion state of the NOx occlusion catalyst device determined by the NOx occlusion state judgment means, and the NOx occlusion capacity of the NOx occlusion catalyst device is recovered. It is done efficiently.
前記構成において、前記NOx放出手段は、前記吸蔵状態判断手段にて前記NOx吸蔵触媒装置がNOxの吸蔵に対して飽和状態であると判断された場合に、前記リッチ化制御を開始するのが好ましい(請求項2)。
In the above configuration, the NOx release means preferably starts the enrichment control when the storage state determination means determines that the NOx storage catalyst device is saturated with respect to storage of NOx. (Claim 2 ).
このようにすれば、前記NOx吸蔵触媒装置が飽和状態となった時点で前記リッチ化制御が開始されるので、前記NOx吸蔵触媒装置のNOx吸蔵能力の回復がより効率よく行われる。 In this way, since the enrichment control is started when the NOx storage catalyst device is saturated, the NOx storage capability of the NOx storage catalyst device is more efficiently recovered.
また、前記吸蔵状態判断手段で判断された前記NOx吸蔵触媒装置におけるNOxの吸蔵状態に応じて前記NOx放出空燃比を算出するNOx放出空燃比算出手段を有するのが好ましい(請求項3)。
In addition, it is preferable to have NOx release air-fuel ratio calculating means for calculating the NOx release air-fuel ratio in accordance with the NOx storage state in the NOx storage catalyst device determined by the storage state determination means (Claim 3 ).
このようにすれば、前記NOx吸蔵触媒装置におけるNOxの吸蔵状態に応じて前記排ガスの空燃比が制御されるので、前記NOx吸蔵触媒装置のNOx吸蔵能力の回復がより効率よく行われる。 In this way, since the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled according to the NOx storage state in the NOx storage catalyst device, the NOx storage capability of the NOx storage catalyst device is more efficiently recovered.
前記構成において、前記NOx吸蔵触媒装置の下流側に設けられて、前記排気通路内のNOxの濃度を検出するNOx濃度検出手段を有し、前記吸蔵状態判断手段は、前記NOx濃度検出手段で検出された前記NOxの濃度に基づいて前記NOx吸蔵触媒装置におけるNOxの吸蔵状態を判断するのが好ましい(請求項4)。
In the above configuration, the NOx concentration detecting means is provided on the downstream side of the NOx occlusion catalyst device and detects the NOx concentration in the exhaust passage, and the occlusion state determining means is detected by the NOx concentration detecting means. It is preferable to determine the NOx occlusion state in the NOx occlusion catalyst device based on the concentration of the NOx thus obtained (Claim 4 ).
このようにすれば、前記NOx吸蔵触媒装置のNOx吸蔵状態がより正確に判断されるので、前記NOx吸蔵触媒装置のNOx吸蔵能力の回復がより一層効率よく行われる。 In this way, the NOx occlusion state of the NOx occlusion catalyst device is more accurately determined, so that the NOx occlusion capacity of the NOx occlusion catalyst device can be recovered more efficiently.
また、前記構成において、前記NOx吸着触媒装置の上流側に設けられて、前記排気通路内の排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段を有し、前記NOx放出手段は、前記排ガス温度検出手段で検出された前記排ガスの温度が予め設定された所定値以上の場合に、前記リッチ化制御の実施を許可するのが好ましい(請求項5)。
In the above configuration, the exhaust gas temperature detection means is provided upstream of the NOx adsorption catalyst device and detects the temperature of the exhaust gas in the exhaust passage, and the NOx release means is the exhaust gas temperature detection means. When the detected temperature of the exhaust gas is equal to or higher than a predetermined value set in advance, it is preferable to allow the enrichment control to be performed (Claim 5 ).
前記NOx吸蔵触媒装置にNOxが吸蔵されるのは、前述のように、排ガスの高温化によって前記NOx吸着触媒装置からNOxが脱離する場合であるので、前記のように排ガスの温度が所定値以上の高温時に前記リッチ化制御を許可すれば、リッチ化に伴う余分な燃料消費を抑えつつ前記NOx吸蔵触媒装置のNOx吸蔵能力の回復を効率よく行うことができる。 As described above, NOx is occluded in the NOx occlusion catalyst device when NOx is desorbed from the NOx adsorption catalyst device due to the high temperature of the exhaust gas. As described above, the temperature of the exhaust gas is a predetermined value. If the enrichment control is permitted at the above high temperature, the NOx storage capability of the NOx storage catalyst device can be efficiently recovered while suppressing excessive fuel consumption accompanying the enrichment.
また本発明において、前記エンジンから排出される粒子状物質を捕集するとともに、この捕集した前記粒子状物質を燃焼除去するパティキュレートフィルタを有し、前記NOx吸着触媒装置および前記NOx吸蔵触媒装置が、前記パティキュレートフィルタの下流側に設けられているのが好ましい(請求項6)。
Further, in the present invention, the NOx adsorption catalyst device and the NOx occlusion catalyst device have a particulate filter that collects particulate matter discharged from the engine and burns and removes the collected particulate matter. Is preferably provided downstream of the particulate filter (claim 6 ).
この構成によれば、前記粒子状物質の燃焼除去時にパティキュレートフィルタ内の排ガス温度およびパティキュレートフィルタよりも下流側の排ガス温度が上昇し、前記NOx吸着材がNOxを脱離したとしても、前記NOx吸蔵材がこの脱離したNOxを吸蔵するので、前記粒子状物質の燃焼除去により粒子状物質の外部への排出を抑制しつつ前記NOxの外部への排出を抑制することが可能となる。 According to this configuration, even when the exhaust gas temperature in the particulate filter and the exhaust gas temperature on the downstream side of the particulate filter rise during combustion removal of the particulate matter, and the NOx adsorbent desorbs NOx, Since the NOx occlusion material occludes the desorbed NOx, it is possible to suppress the discharge of the NOx to the outside while suppressing the discharge of the particulate matter to the outside by the combustion removal of the particulate matter.
前記構成において、前記排ガスの空燃比を、通常運転時の空燃比よりもリッチ側で、かつ、理論空燃比よりもリーン側にする再生制御を行い、前記パティキュレートフィルタに捕集された前記粒子状物質を燃焼除去する再生制御手段を有し、前記NOx放出手段は、前記再生制御手段による前記再生制御の実施中に、前記リッチ化制御の実施を許可するのが好ましい(請求項7)。
In the configuration, the particles collected in the particulate filter are subjected to regeneration control so that the air-fuel ratio of the exhaust gas is richer than the air-fuel ratio during normal operation and leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Preferably, the NOx releasing means permits the enrichment control to be performed during the regeneration control by the regeneration control means (claim 7 ).
このようにすれば、前記再生制御手段により前記パティキュレートフィルタに捕集された前記粒子状物質が燃焼除去され、このパティキュレートフィルタの再生が可能になるとともに、前記粒子状物質の燃焼等により排ガス温度が上昇し、前記NOx吸蔵材のNOx吸蔵量が増加しても、この再生制御の実施中に前記リッチ化制御が実施されるので、前記NOx吸蔵材の吸蔵性能を確保することが可能になる。 In this way, the particulate matter collected by the particulate filter is burned and removed by the regeneration control means, and the particulate filter can be regenerated. Even if the temperature rises and the NOx occlusion amount of the NOx occlusion material increases, the enrichment control is performed during the regeneration control, so that the occlusion performance of the NOx occlusion material can be ensured. Become.
ここで、前記NOx吸着触媒装置の上流側に、前記排気通路内の排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段を設け、前記NOx放出手段を、前記再生制御手段による前記再生制御が終了した直後であっても、前記排ガス温度検出手段で検出された前記排ガスの温度が予め設定された通常運転可能温度以上となる期間中は、前記吸蔵状態判断手段にて前記NOx吸蔵触媒装置がNOxの吸蔵に対して飽和状態であると判断された場合に、前記リッチ化制御を実施するよう構成してもよい(請求項8)。 Here, an exhaust gas temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas in the exhaust passage is provided upstream of the NOx adsorption catalyst device, and the NOx releasing means is provided immediately after the regeneration control by the regeneration control means is completed. Even when the exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature detection means is equal to or higher than a preset normal operating temperature, the NOx storage catalyst device is configured to store NOx by the storage state determination means. If it is determined that the saturation for may be configured to implement the rich control (claim 8).
このようにすれば、前記再生制御が終了した後であっても、排ガスの温度が高温であり、かつ、前記NOx吸蔵触媒装置が飽和状態にある場合に、前記リッチ化制御が実行されるので、前記NOx吸蔵触媒層地のNOx吸蔵能力の回復がより確実に行われ、NOxの外部への放出がより確実に抑制される。 In this way, even after the regeneration control is finished, the enrichment control is executed when the temperature of the exhaust gas is high and the NOx storage catalyst device is in a saturated state. The NOx occlusion capacity of the NOx occlusion catalyst layer is recovered more reliably, and the release of NOx to the outside is more reliably suppressed.
以上のように、本発明によれば、広範囲の運転条件においてより確実にNOxの外部への放出を抑制することが可能な排ガス浄化装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an exhaust gas purification apparatus that can more reliably suppress the release of NOx to the outside under a wide range of operating conditions.
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。ここでは、本発明にかかる排ガス浄化装置をディーゼルエンジンに搭載した場合について説明する。図1は本発明に係る排ガス浄化装置10を含むディーゼルエンジンの概略構成図である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the case where the exhaust gas purifying apparatus according to the present invention is mounted on a diesel engine will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a diesel engine including an exhaust gas purifying
このディーゼルエンジンのエンジン本体1には、複数の気筒12(例えば4気筒)が形成されており、各気筒12にはコンロッドを介してクランクシャフト3に連結されたピストン13が嵌挿されている。また、ピストン13の上方には燃焼室14が形成されている。そして、このディーゼルエンジンでは、通常の運転条件にて前記燃焼室14内の空燃比が理論空燃比よりリーンの状態で運転されるよう構成されている。
A plurality of cylinders 12 (for example, four cylinders) are formed in the
各気筒12の燃焼室14の頂部には、燃焼室14内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁16が設けられている。この燃料噴射弁16は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、パルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。この燃料噴射弁16は、圧縮行程の上死点付近で燃料を噴射するメイン噴射と当該メイン噴射の後に膨張行程で燃料を噴射するポスト噴射とを実施可能なように構成されている。
A
エンジン本体1には、クランクシャフト3の回転速度すなわちエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ30が設けられている。また、各気筒12の燃焼室14は吸気通路21および排気通路22に通じており、各通路21,22との間に吸気弁17および排気弁18が設けられている。前記吸気通路21には、吸気スロットル40が設けられている。この吸気スロットル40は、その開度に応じて吸気通路21の流路断面積を調節することで各気筒12に流入する吸気量を制御する。また、この吸気スロットル40の下流には吸気通路21に排気通路22から排ガスを還流させるためのEGR通路23が接続されている。このEGR通路23には、前記吸気通路21に還流する排ガス(以下EGRガスという)の量を調節するためのEGRバルブ41が設けられている。このEGR通路23を通り前記吸気通路21に還流されたEGRガスは、吸気通路21の上流から流入した新気と合流して各気筒12内に流入する。
The
前記排気通路22には、DOC(酸化触媒)50と、DPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ;パティキュレートフィルタ)52、とNOx吸着触媒装置54と、NOx吸蔵触媒装置56とが設けられている。前記DPF52の上下流部、具体的には前記DOC50と前記DPF52との間、および、前記DPF52と前記NOx吸着触媒装置54との間には、それぞれ背圧センサ33,34が取り付けられている。また、前記NOx吸着触媒装置54の上流部、具体的には前記NOx吸着触媒装置54と前記DPF52との間には、排ガス温度センサ(排ガス温度検出手段)35および空燃比センサ(A/Fセンサ)36が取り付けられている。さらに、前記NOx吸蔵触媒装置56の下流部には、NOxセンサ(NOx濃度検出手段)37が取り付けられている。また、前記DOC50の上流部には前記EGR通路23が接続されており、DOC50の上流の排ガスが前記EGR通路23に流入するよう構成されている。前記背圧センサ33,34は、前記DPF52の上下流部の圧力を検出するためのものである。前記排ガス温度センサ35は、前記NOx吸着触媒装置54等に流入する排ガスの温度を検出するためのものであり、前記NOxセンサ37は、前記NOx吸蔵触媒装置56の下流部のNOx(窒素酸化物)濃度を検出するためのものである。前記A/Fセンサ36は、前記NOx吸着触媒装置54に流入する排ガスの空燃比を検出するためのものである。
The
前記DOC50は、排ガスの酸化反応を促すためのものであって、排ガス中のCO(一酸化炭素)やHC(炭化水素)はこのDOC50内で酸化浄化される。また、このDOC50は、前記酸化反応によって排ガス温度を昇温し、下流に設けられた前記DPF52に高温の排ガスを流入させるという役割を担う。
The
前記DPF52は、排ガス中のPM(パティキュレートマター:排ガスに含まれる煤等からなる粒子状物質)を捕集するためのものである。このDPF52は、例えばSiC等のセラミック製ウォールスルータイプであって、前記PMがDPF52の流入側セルから流出側セルに向かってセル壁を通過する際に、当該PMがその内部に捕集されるよう構成されている。また、このDPF52には、排ガスの酸化反応を促す白金等を含む触媒が担持されており、このDPF52内での酸化反応によって、前記捕集したPMを燃焼除去できるようになっている。具体的には、前記DOC50内での酸化反応によって排ガス温度が昇温されることにより、前記PMが白金等の触媒作用によって燃焼する。
The
前記NOx吸着触媒装置54は、排ガス中のNOxを浄化するためのものである。このNOx吸着触媒装置54は、図2に示すように、基材54aと、NOx吸着触媒層54bと、NH3吸着触媒層54cとから構成されている。前記基材54aとしては、例えばハニカム状をなすコージェライト担体基材を用いることができる。
The NOx
前記NOx吸着触媒層54bには、白金等の貴金属と排ガス中のNOxを吸着するNOx吸着材とアルミナ等のサポート材とが担持されている。前記白金は触媒として作用するものであり、前記NOx吸着触媒装置54内での各種反応を促進させる。前記NOx吸着材は、例えばCeO2(酸化セリウム)、又はCe(セリウム)とZr(ジルコニウム)または希土類元素を組み合わせたセリア系の複酸化物であって、排ガス中のNOxを吸着するものである。具体的には、このNOx吸着材は、排ガス中のNO(一酸化窒素)と酸素とが前記触媒の作用で反応することで生成されたNO2(二酸化窒素)を吸着するとともに、前記排ガス中のNOを吸着する。
The NOx
前記NH3吸着触媒層54cには、NH3吸着材であるゼオライトが担持されている。このNH3吸着材は、前記NOx吸着触媒装置54内に流入した排ガスが酸素不足雰囲気すなわち理論空燃比よりもリッチ状態とされた際に、前記触媒の作用によって前記NOx吸着材に吸着されているNO2が、排ガス中のCOあるいはHCと水との反応により生成した水素と反応することで転化されてなるNH3(アンモニア)を、NH4+(アンモニウムイオン)として吸着・保持する。
The NH 3
そして、これら触媒層54b,54cを有する前記NOx吸着触媒装置54では、通常の運転状態、すなわち排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンの状態であって、NOx吸着触媒装置54の内部が酸素過剰の雰囲気となる場合に、前記NH3吸着材に吸着されているNH3によって排ガス中のNOxおよび前記NOx吸着材に吸着されているNOxをN2(窒素)に還元浄化する。
In the NOx
前記NOx吸蔵触媒装置56は、前記NOx吸着触媒装置54と同様に、排ガス中のNOxを浄化するためのものである。このNOx吸蔵触媒装置56は、図3に示すように、基材56aと、NOx吸蔵触媒層56bとから構成されている。前記基材56aとしては、前記NOx吸着触媒装置54の基材54aと同じく、例えばハニカム状をなすコージェライト担体基材を用いることができる。
Similar to the NOx
前記NOx吸蔵触媒層56bには、触媒として作用する白金等の貴金属と、排ガス中のNOxを吸蔵するNOx吸蔵材と、アルミナ等のサポート材とが担持されている。前記NOx吸蔵材としては、例えば、K(カリウム)、Na(ナトリウム)等のアルカリ金属、あるいは、Ba(バリウム)、Mg(マグネシウム)、Sr(ストロンチウム)等のアルカリ土類金属を用いることができる。このNOx吸蔵材は、排ガス中のNOxを硝酸塩の形で吸蔵・保持する。そして、このNOx吸蔵材を含む前記NOx吸蔵触媒装置56では、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチの状態であって、NOx吸蔵触媒装置56の内部が酸素不足の雰囲気となる場合に、排ガスに含まれる未燃のHCやCOによって、前記NOx吸蔵材に吸蔵されているNOxをN2に還元浄化する。
The NOx
ここで、前記NOx吸着触媒装置54に含まれるNOx吸着材であるセリア系の複酸化物およびNH3吸着材であるゼオライトは、300℃以下の雰囲気下で、排ガス中のNOxあるいはNH3を吸着し、300℃以上の雰囲気下で、吸着しているNOxあるいはNH3を脱離させてしまうという特性を有している。一方、前記NOx吸蔵触媒装置56に含まれるNOx吸蔵材であるバリウム等は、300℃〜600℃の高温状態にて、前記NOxを吸蔵するという特性を有している。
Here, the NOx adsorbent included in the NOx adsorbing
従って、前記排ガスの温度が300℃以下の場合には、前記NOx吸着触媒装置54が、NOxを吸着するとともに前記NH3がこのNOxを還元浄化することで、NOxの外部への排出を抑制する。一方、排ガスの温度が300℃以上の場合には、前記NOx吸着触媒装置54からNOxが放出されるが、前記NOx吸蔵触媒装置56が、このNOx吸着触媒装置54から放出されたNOxおよび排ガス中のNOxを吸蔵することで、外部へのNOxの排出を抑制する。
Therefore, when the temperature of the exhaust gas is 300 ° C. or lower, the NOx
前記排ガス温度は、例えば、前記DPF52内に堆積したPMを燃焼させるために後述するDPF再生制御部60によって前記DOC内での酸化反応が促進されて排ガス温度が昇温された場合および前記PMが燃焼を開始した場合に、300℃以上になる。
The exhaust gas temperature is determined when, for example, the exhaust gas temperature is increased by the oxidation reaction in the DOC being promoted by the DPF
本ディーゼルエンジンには、エンジンの運転を制御するコントロールユニットとして、ECU2が設けられている。ECU2は、CPU,ROM,RAM等を備えたコンピュータ等からなり、予めROM(またはRAM)に記憶されているプログラムがCPUによって実行されることによって、各アクチュエータ等の動作を制御している。
This diesel engine is provided with an
本実施形態におけるECU2には、図示しない種々の制御部に加えて、DPF再生制御部(再生制御手段)60と、NH3生成部72と、Sリジェネ制御部74と、吸蔵状態判断部(吸蔵状態判断手段)76と、NOx放出部(NOx放出手段)78と、NOx放出空燃比算出部(NOx放出空燃比算出手段)80が設けられている。
The
前記DPF再生制御部60は、前記DPF52の状態に応じてこのDPF52の再生制御を実行するためのものである。このDPF再生制御部60では、前記背圧センサ33,34の出力に基づいてDPF52の前後の差圧を算出し、この差圧が所定値以上の場合、すなわち、DPF52内に捕集されたPMが所定量以上となった場合に、前記DPF52内の温度を上昇させる。そして、この温度上昇によってDPF52内のPMを燃焼除去させDPF52のPM捕集能力を再生する。具体的には、エンジンの膨張行程で燃料を噴射(所謂、ポスト噴射)し、排ガスの空燃比を通常運転時の空燃比よりもリッチ側で、かつ、理論空燃比よりもリーン側のDPF再生空燃比(例えば20)にする。そして、排気通路22内に未燃のHC成分を増加させ、前記DOC50でこのHC成分を酸化燃焼させることで排ガス温度を高め、この昇温された排ガスをDPF52内に流入させる。これにより、このDPF52内に設けられた触媒の作用によってDPF52内でPMの酸化反応が開始する。このとき、前述のように排ガス温度は300℃以上に昇温される。
The DPF
前記吸蔵状態判断部76は、前記NOx吸蔵触媒装置56におけるNOxの吸蔵状態を判断するものである。この吸蔵状態判断部76では、前記NOxセンサ37で検出されたNOx濃度に基づいて前記NOxの吸蔵状態を判断している。具体的には、前記NOxセンサ37で検出されたNOx濃度が予め設定された飽和判定値(例えば50ppm)以上であれば、NOxが前記NOx吸蔵触媒装置56で吸蔵されずに下流に排出されており、このNOx吸蔵触媒装置56がNOxの吸蔵に対して飽和状態であると判断する。すなわち、このNOx吸蔵触媒装置56から、吸蔵されているNOxの放出が必要であると判定する。一方、前記NOxセンサ37で検出されたNOx濃度が予め設定されたリッチ化終了判定値(例えば20ppm)以下であれば、前記NOx吸蔵触媒装置56がNOxの吸蔵に対して飽和状態でなく、このNOx吸蔵触媒装置56に更なるNOxの吸蔵が可能であると判定する。
The storage
前記NOx放出空燃比算出部80は、NOx放出空燃比を算出するものである。このNOx放出空燃比とは、前記NOx吸蔵触媒装置56に吸蔵されているNOxを放出させるとともに、この放出されたNOxを還元浄化するために必要な排ガスの空燃比の値である。このNOx放出空燃比は、前記NOx吸蔵触媒装置56に吸蔵されているNOxの吸蔵量に依存する。そこで、本実施形態では、前記NOxの吸蔵量に対する最適なNOx放出空燃比を予め求め、NOx放出空燃比マップを作成しておき、このNOx放出空燃比マップをこのNOx放出空燃比算出部80に設けておく。そして、後述するNOxの吸蔵量の推定値に応じて前記NOx放出空燃比マップから適切なNOx放出空燃比を抽出する。排ガスの空燃比は、後述するNOx放出部78によりこのNOx放出空燃比に制御される。
The NOx release air-fuel
前記NOxの吸蔵量は、前記NOx吸蔵触媒装置56から排出されるNOx量と、NOx吸蔵触媒装置56のNOx吸蔵可能量との差に基づき算出できる。ここで、前記NOx吸蔵触媒装置56から排出されるNOx量は、前記NOxセンサ37で検出されたNOx濃度および排気流量から算出できる。また、前記排気流量および前記NOx吸蔵可能量は、運転条件毎に予め分かっている値である。そこで、本実施形態では、エンジン回転数と噴射量とに基づく排気流量マップおよびNOx吸蔵可能量マップを予め作成し、これらマップを前記NOx放出空燃比算出部80に設けておく。そして、前記エンジン回転数センサ30で検出されたエンジン回転数と噴射量とに基づき前記排気流量マップから排気流量を抽出するとともに、前記NOx吸蔵可能量マップからNOx吸蔵可能量を抽出して、これらの値と前記NOxセンサ37で検出されたNOx濃度とに基づいて、前記NOx吸蔵触媒装置56のNOx吸蔵量を推定する。このNOx吸蔵量に基づいて前記NOx放出空燃比マップから抽出される前記NOx放出空燃比は14前後の値である。ここで、前記NOx吸蔵可能量は排ガスの温度により補正等を行ってもよい。
The NOx occlusion amount can be calculated based on the difference between the NOx amount discharged from the NOx
前記NOx放出部78は、排ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の前記NOx放出空燃比に制御するリッチ化制御を実施し、前記NOx吸蔵触媒装置56に吸蔵されているNOxをこのNOx吸蔵触媒装置56から放出させるものである。
The
このNOx放出部78では、前記吸蔵状態判断部76において前記NOx吸蔵触媒装置56がNOxの吸蔵に対して飽和状態であると判定されると、前記リッチ化制御を開始する。すなわち、前記NOxセンサ37で検出されたNOx濃度が前記飽和判定値以上になれば、排ガスの空燃比を前記NOx放出空燃比に制御する。具体的には、前記EGRバルブ41の開度を大きくするとともに前記吸気スロットル40の開度を絞り、燃焼室14に流入するEGRガス量を増加させつつ燃焼室14に流入する新気量を低下させる。そして、各気筒12内にポスト噴射を行うことで各気筒12内に供給される噴射量を増大させる。このようにして、排ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さい前記NOx放出空燃比になると、前記NOx吸蔵触媒装置56の内部は酸素不足の雰囲気となり、前記NOx吸蔵材からNOxが放出され、NOx吸蔵触媒装置56のNOx吸蔵能力が回復される。ここで、放出されたNOxは未燃のHCやCOにより還元浄化され、外部には排出されない。
In the
また、前記NOx放出部78では、前記吸蔵状態判断部76において前記NOx吸蔵触媒装置56のNOxの吸蔵量が十分に小さいと判定されるまで前記リッチ化制御を続ける。すなわち、前記NOxセンサ37で検出されたNOx濃度が前記リッチ化終了判定値以下になるまで、排ガスの空燃比を前記NOx放出空燃比に保持する。これにより、前記NOx吸蔵触媒装置56のNOx吸蔵能力は確実に回復する。
The
さらに、このNOx放出部78では、前記DPF再生制御部60による再生制御が実行されてから前記排ガスの温度が予め設定された通常運転許可温度以下に低下するまでの期間のみ、前記リッチ化制御を許可している。この期間は、DPF再生制御部60による再生制御実行されることで排ガスの温度が昇温されている期間であり、前記NOx吸着触媒装置54からNOxが放出されて、前記NOx吸蔵触媒装置56がこの放出されたNOxを吸蔵していく期間に相当する。従って、この期間のみ前記リッチ化制御が実施されるように構成することで、前記リッチ化制御を効率よく実施することが可能になる。前記通常運転許可温度は、例えば、300℃に設定されている。
Further, the
ここで、前記再生制御が終了すれば排ガスの空燃比は通常のリーン状態に戻り、前記NOx吸着触媒装置54および前記NOx吸蔵触媒装置56に含まれる白金は、高温かつリーンの雰囲気下に晒されることになる。しかしながら、前記のようにDPF再生制御部60による再生制御が終了した後にも前記リッチ化制御が実行されていれば、前記白金が前記高温かつリーンの雰囲気間晒される時間が短縮されるので、この白金が前記排ガス中に含まれる酸素により酸化されるのが抑制されるという効果も得られる。
When the regeneration control is completed, the air-fuel ratio of the exhaust gas returns to the normal lean state, and the platinum contained in the NOx
前記NH3生成部72は、排ガスに含まれるNOxからNH3を生成するためのものである。前述のように、NH3は、排ガス中のCOあるいはHCと水との反応により生成された水素との反応によって生成されるので、このNH3生成部72では、前記水素を生成するために排ガス中に前記COあるいはHCを供給すべく排ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に保持する。 The NH 3 generator 72 is for generating NH 3 from NOx contained in the exhaust gas. As described above, NH 3 is generated by the reaction of hydrogen generated by the reaction between CO or HC in the exhaust gas and water, so that the NH 3 generator 72 generates the exhaust gas to generate the hydrogen. In order to supply the CO or HC, the air-fuel ratio of the exhaust gas is kept richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
このようにして排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に保持されると、排ガス中のCOおよびHCの量が確保されて、これらと水との反応により水素が生成され、この水素によって前記NOxからNH3が生成される。このようにして生成されたNH3は、前記NH3吸着材に吸着される。 When the air-fuel ratio of the exhaust gas is maintained on the richer side than the stoichiometric air-fuel ratio in this way, the amount of CO and HC in the exhaust gas is ensured, and hydrogen is generated by the reaction of these with water. NH 3 is generated from the NOx. The NH 3 thus generated is adsorbed on the NH 3 adsorbent.
前記Sリジェネ制御部74は、前記NOx吸着触媒装置54に含まれるNOx吸着材および前記NOx吸蔵触媒装置56に含まれるNOx吸蔵材に吸着した硫黄成分を、前記NOx吸着材およびNOx吸蔵材からそれぞれ脱離させて、前記NOx吸着材のNOx吸着能力および前記NOx吸蔵材のNOx吸蔵能力を回復させるものである。このSリジェネ制御部74では、前記NOx吸着材およびNOx吸蔵材が、前記吸着していた硫黄成分を酸素濃度の低下および供給されるHCあるいはCOの増加に伴って脱離するという特性を利用して、前記NOx吸着触媒装置54およびNOx吸蔵触媒装置56に流入する排ガスの空燃比を理論空燃比よりも小さい値(例えば14)に制御する。そして、前記NOx吸着材およびNOx吸蔵材から硫黄成分を脱離させる。
The S
次に、前記NOx放出部78における前記リッチ化制御について図4のフローチャートを用いて説明する。
Next, the enrichment control in the
まず、ステップS1にて前記DPF52が再生中であるかどうかを判定する。すなわち、前記DPF再生制御部60によりDPF52内のPMを燃焼除去制御が実施されて、排ガスが昇温されているかどうかどうかを判定する。この判定がNOの場合は、そのまま処理を終了する。一方、この判定がYESの場合は、ステップS2にて、前記排ガス温度センサ35で検出された排ガスの温度Tsが前記通常運転許可温度T1以上であるかどうかを判定する。この判定がNOの場合は、そのまま処理を終了する。一方、この判定がYESの場合は、ステップS3にてSリジェネ制御が停止中であるかどうかを判定する。すなわち、前記Sリジェネ制御部74にて、排ガスの空燃比のリッチ化が行われているかどうかを判定する。この判定がNOの場合、すなわち、Sリジェネ制御が実行されている場合には、このSリジェネ制御部74によって排ガスの空燃比がリッチ化されており、前記NOx放出部78によるリッチ化制御を行う必要がないので、そのまま処理を終了する。
First, in step S1, it is determined whether or not the
また、前記Sリジェネ制御が実行されていない場合であっても、排ガスの空燃比がリッチ化されている場合には、同様に前記リッチ化制御を行う必要がないので、ステップS4にて、前記A/Fセンサ36で検出された排ガスの空燃比O1が予め設定された値O0(例えば14.7)以上であるかどうかを判定する。そして、この判定がNOの場合には処理を終了し、この判定がYESの場合にのみステップS5に進む。 Further, even when the S regeneration control is not executed, if the air-fuel ratio of the exhaust gas is enriched, it is not necessary to perform the enrichment control in the same manner. It is determined whether or not the air-fuel ratio O 1 of the exhaust gas detected by the A / F sensor 36 is equal to or greater than a preset value O 0 (for example, 14.7). If this determination is NO, the process is terminated, and the process proceeds to step S5 only when this determination is YES.
ステップS5では、前記吸蔵状態判断部76にて、前記NOxセンサ37により検出されたNOx濃度Vsが前記飽和判定値V1以上であるかどうかを判定する。
In step S5, the occlusion
この判定がYESの場合、すなわち、前記NOx濃度Vsが前記飽和判定値V1以上であって前記NOx吸蔵触媒装置56がNOxの吸蔵に対して飽和状態であることが判明した場合には、まず、前記NOx放出空燃比算出部80にて、このNOx吸蔵触媒装置56のNOx吸蔵量を推定し前記NOx放出空燃比AF2を算出する(ステップS6)。次に、前記NOx放出部78にて、排ガスの空燃比を前記NOx放出空燃比AF2にまで低下させる(ステップS7)。このとき、NOx吸蔵触媒装置56には、未燃のHC等が流入し前記NOx吸蔵材に吸蔵されているNOxが放出される。また、この放出されたNOxは前記HC等により還元浄化される。
If this determination is YES, that is, if the NOx concentration Vs is equal to or higher than the saturation determination value V1 and the NOx
次に、前記吸蔵状態判断部76にて、前記NOxセンサ37により検出されたNOx濃度が前記リッチ化終了判定値V2以下であるかどうかを判定する(ステップS8)。この判定がYESの場合は、NOx吸蔵触媒装置56から吸蔵されていたNOxが十分に放出されたとして処理を終了する。そして、前記DPF再生制御部60によるDPF52の再生制御に戻り、排ガスの空燃比をこの再生制御のための前記DPF再生空燃比AF1に戻す(ステップS9)。一方、前記判定がNOの場合は、再びステップS7に戻る。すなわち、前記NOx濃度が前記リッチ化終了判定値V2以下になるまで、排ガスの空燃比を前記NOx放出空燃比AF2に保持する。また、前記排ガスの空燃比を前記DPF再生空燃比AF1に戻した後も、前記DPF再生制御部60によりDPF52の再生制御が続いている場合には(ステップS10にてYES)、ステップS2に戻り、ステップS2〜ステップS10までを繰り返す。
Next, the occlusion
ここで、本実施形態では、前述のように、前記DPF再生制御部60による再生制御が終了した後も、排ガスの温度Tsが前記通常運転許可温度T1以下に低下するまでは、前記リッチ化制御を実行している。
Here, in the present embodiment, as described above, after the regeneration control by the DPF
すなわち、DPF52の再生制御が終了したと判断されると(ステップS10にてNO)、ステップS11にて前記排ガス温度センサ35で検出された排ガスの温度Tsが前記通常運転許可温度T1以上であるかどうかを判定する。この判定がNOの場合は、排ガスの温度が十分に低下しており、前記NOx吸着触媒装置54からのNOxの放出がほとんどないとして通常運転に戻す(ステップS15)。一方、前記判定がYESの場合、すなわち、排ガスの温度が十分に低下していない場合にはステップS12に進む。
That is, if it is determined that regeneration control of
ステップS12では、前記吸蔵状態判断部76にて、前記NOxセンサ37により検出されたNOx濃度Vsが前記飽和判定値V1以上であるかどうかを判定する。この判定がYESの場合は、前記NOx放出部78にて、排ガスの空燃比を前記NOx放出空燃比AF2にまで低下させ(ステップS13)、前記NOx濃度Vsが前記リッチ化終了判定値V2以下になるまで(ステップS14)この空燃比を保持する。一方、前記ステップS12での判定がNOの場合、および、前記NOx放出部78にて排ガスの空燃比を前記NOx放出空燃比AF2に保持することで前記NOx濃度Vsが前記リッチ化終了判定値V2以下になった場合には、通常運転に戻す(ステップS15)。
In step S12, the occlusion
その後、再び前記排ガス温度Tsが前記通常運転許可温度T1以上であるかどうかを判定する(ステップS16)。この判定がNOの場合、すなわち、排ガスの温度が未だ十分に低下していない場合には、再びステップS12に戻り、排ガス温度Tsが前記通常運転許可温度T1よりも低くなるまで、ステップS12〜ステップS16を繰り返す。 Thereafter, it is determined again whether the exhaust gas temperature Ts is equal to or higher than the normal operation permission temperature T1 (step S16). If this determination is NO, that is, if the temperature of the exhaust gas has not yet been sufficiently lowered, the process returns to step S12 again, and step S12 to step until the exhaust gas temperature Ts becomes lower than the normal operation permission temperature T1. Repeat S16.
以上のようにして前記リッチ化制御が実施された時の排ガスの空燃比(A/F)、前記NOxセンサ37で検出されたNOx濃度および前記排ガス温度センサ35で検出された排ガス温度の変化の一例を図5に示す。
Changes in the air-fuel ratio (A / F) of the exhaust gas when the enrichment control is performed as described above, the NOx concentration detected by the
この図に示すように、DPF再生制御部60によりDPF52の再生制御が開始されると(t0時点)排ガス温度は600℃付近にまで昇温される。排ガス温度が300℃を超え始めた時点では、NOx濃度はそれほど上昇しない。これは、前記NOx吸着触媒装置54で吸着されていたNOxが脱離し始めるが、脱離したNOxが前記NOx吸蔵触媒装置56にて吸蔵されることでNOxの外部への放出が抑制されているためと考えられる。
As shown in this figure, when regeneration control of the
一方、排ガス温度の高温状態が続くと、NOx濃度は前記飽和判定値V1を超えて上昇する(t1時点)。これは、前記NOx吸蔵触媒装置56がNOxの吸蔵に対して飽和状態になり、エンジンからのNOxおよび前記NOx吸着触媒装置54から脱離したNOxがNOx吸蔵触媒装置56で吸蔵されることなく放出されるためと考えられる。そして、このようにNOx濃度が前記飽和判定値V1以上になると、前記NOx放出部78によりリッチ化制御が実施され、排ガスの空燃比が前記NOx放出空燃比に制御される(t1〜t2)。
On the other hand, if the exhaust gas temperature continues at a high temperature, the NOx concentration rises above the saturation determination value V1 (at time t1). This is because the NOx
前記NOx放出部78によりリッチ化制御が実施されると、前記NOx吸蔵触媒装置56のNOx吸蔵能力が回復し、このNOx吸蔵触媒装置56に再びNOxが吸蔵されていくことになる。図5において、リッチ化制御が開始された後NOx濃度が低下しているのは、このようにしてNOx吸蔵触媒装置56に再びNOxが吸蔵されていき、NOxの外部への放出が抑制されているためと考えられる。
When the enrichment control is performed by the
前記DPF再生制御部60によるDPF52の再生制御が終了すると(t3時点)、排ガスの空燃比は通常のリーン状態(例えば22)に戻される。しかしながら、DPF52の再生制御が終了した後も、前記NOx濃度は徐々に増加していく。これは、前記再生制御が終了した直後は、排ガスの温度が十分に低下しておらず、前記NOx吸着触媒装置54からNOxが脱離するためと考えられる。
When the regeneration control of the
ここで、本実施形態では、前述のように、前記DPF52の再生制御が終了した後であってもリッチ化制御が実行されるよう構成されている。従って、排ガスの濃度が前記飽和判定値V1以上になると、前記NOx放出部78によりリッチ化制御が実施され、排ガスの空燃比が前記NOx放出空燃比に制御される(t4〜t5)。そして、このリッチ化制御により前記NOx吸蔵能力が回復し、NOxの外部への放出が再び抑制されることになる。
Here, in the present embodiment, as described above, the enrichment control is executed even after the regeneration control of the
このようにして、前記NOx吸蔵触媒装置56によりNOxを吸蔵するとともに、前記NOx放出部78でリッチ化制御を実施し前記NOx吸蔵触媒装置56のNOx吸蔵能力の回復を図ることで、排ガス温度が300℃以上の高温となるDPF52の再生制御期間中にであっても、NOxの外部への放出を抑制することが可能となる。図5に、前記NOx吸蔵触媒装置56を設けない場合のNOx濃度の推移例を破線で示す。この破線で示されるように、NOx吸蔵触媒装置56を設けない場合には、DPF52の再生制御が開始され排ガス温度が昇温されることにより前記NOxセンサ37で検出されるNOx濃度は増大する。すなわち、NOx吸蔵触媒装置56を設けない場合には、排ガス温度が昇温されることで、エンジンから排出されるNOxがそのまま外部に放出されるとともに、前記NOx吸着触媒装置54に吸着されていたNOxが脱離して放出され、全体として多量のNOxが外部に放出されることになる。
In this way, NOx is stored by the NOx
以上のように、本排ガス浄化装置10によれば、前記NOx吸着材を含有するNOx吸着触媒装置54の下流側に、当該NOx吸着材がNOxを吸着する温度よりも高い温度で吸蔵するNOx吸蔵材を含有するNOx吸蔵触媒装置56が設けられているので、排ガス温度が高温になることにより前記NOx吸着材からNOxが脱離する場合であっても、この脱離したNOxを前記NOx吸蔵材で吸蔵することができる。
As described above, according to the exhaust
また、前記NOx放出部78にて前記排ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチ側にするリッチ化制御を行えば、NOx吸蔵触媒装置56に吸蔵されたNOxを放出させることができ、このNOx吸蔵触媒装置56のNOx吸蔵能力を回復させることができる。また、前記NOx吸蔵触媒装置56における前記NOxの吸蔵状態を判断する吸蔵状態判断部76を設けるとともに、この吸蔵状態判断部76にて判断された前記NOxの吸蔵状態に基づいて前記リッチ化制御を行えば、前記NOx吸蔵能力を効率よく回復させることができる。
Further, if rich control is performed to make the air-fuel ratio of the exhaust gas richer than the stoichiometric air-fuel ratio in the
特に、前記NOx吸蔵触媒装置56が飽和状態となった時点で前記リッチ化制御が開始されれば、前記NOx吸蔵触媒装置56のNOx吸蔵能力の回復がより効率よく行われる。
In particular, if the enrichment control is started when the NOx
また、前記NOx放出空燃比を算出するNOx放出空燃比算出部80を設け、このNOx放出空燃比を、前記吸蔵状態判断部76で判断された前記NOx吸蔵触媒装置56におけるNOxの吸蔵状態に応じて算出するようにすれば、NOx吸蔵触媒装置56におけるNOxの吸蔵状態に応じて排ガスの空燃比が制御されることになり、前記NOx吸蔵触媒装置56のNOx吸蔵能力の回復がより一層効率よく行われる。
Further, a NOx release air-fuel
また、前記吸蔵状態判断部76が、前記NOx吸蔵触媒装置56の下流側に設けられたNOxセンサ37で検出されたNOx濃度に基づいて、前記NOx吸蔵触媒装置56のNOxの吸蔵状態を判断すれば、この吸蔵状態をより正確に判断することができる。
The storage
また、前記排ガス温度センサ35により検出された排ガス温度が前記通常運転許可温度以上の場合に、前記リッチ化制御の実行が許可されるよう構成されていれば、リッチ化に伴う余分な燃料消費を抑えることができ、燃費の向上等につながる。
Further, if the exhaust gas temperature detected by the exhaust
前記NOx吸着触媒装置54および前記NOx吸蔵触媒装置56が、DPF52の下流側に設けられているものでは、DPF52内でのPMの燃焼時に排ガスが高温になった場合にも前記NOxを吸蔵し、このNOxの外部への排出を抑制できるので、より効果的である。
When the NOx
さらに、前記DPF52を再生制御するDPF再生制御部60を設けるとともに、このDPF再生制御部60によるDPF52の再生制御中、および、DPF52の再生制御の終了後であって排ガスの温度が前記通常運転許可温度以上の場合に、前記リッチ化制御の実施が許可されるよう構成されていれば、前記NOx吸蔵触媒装置56のNOx吸蔵能力の回復がより効率よく行われる。
Further, a DPF
ここで、前記実施形態では、前記NOx放出部78によるリッチ化制御をDPF再生制御中に行った場合について示したが、DPF再生制御中であるかどうかに関わらず、前記排ガス温度センサ35で検出された排ガスの温度が予め設定された所定値(例えば300℃)以上となった場合に、前記リッチ化制御を開始してもよい。
Here, in the above-described embodiment, the case where the enrichment control by the
この場合には、前記NOx吸着触媒装置54のNOxの放出タイミングを左右する排ガス温度の値に応じて前記リッチ化制御が実施されることになり、前記NOx吸蔵触媒装置のNOx吸蔵能力を効率よく回復させることができる。また、高速運転時等において、排ガス温度が300℃以上になる場合にも、NOxの排出を抑制できる。
In this case, the enrichment control is performed in accordance with the value of the exhaust gas temperature that determines the NOx release timing of the NOx
また、前記NOx放出空燃比は一定値であってもよい。また、前記吸蔵状態判断部76において、このNOx放出空燃比を一定値とする一方、前記NOxセンサ37で検出されたNOx濃度等に応じて排ガスの空燃比をこのNOx放出空燃比に保持する期間を算出し、前記NOx放出部78において、この算出された期間だけ前記リッチ化制御を実施するようにしてもよい。さらに、予め設定された一定期間だけ排ガスの空燃比を予め設定された一定値に保持するようにしてもよい。また、前記NOx放出部78において、例えば、排ガスの空燃比を前記NOx放出空燃比とリーン側の空燃比との間で小刻みに変化させるようにしてもよい。
The NOx release air-fuel ratio may be a constant value. In the occlusion
また、前記飽和判定値、前記リッチ化終了判定値、前記通常運転許可温度等の具体的な値は、前記に限らない。また、これらの値は運転条件毎に設定されてもよい。さらに、前記実施形態では、前記DPF再生制御部60によるDPF52の再生制御中と、この再生制御の終了後とのいずれにおいても、排ガス温度が同じ通常許可温度以上の場合に前記リッチ化制御の実施が許可される場合について示したが、前記再生制御中にリッチ化制御を許可する温度判定値と、再生制御後にリッチ化制御を許可する通常運転許可温度とは異なる値であってもよい。例えば、再生制御中の前記判定値を300℃とし、再生制御後の通常運転許可温度を400℃としてもよい。そして、このようにすれば、再生制御後にリッチ化される期間を短縮することができる。
In addition, specific values such as the saturation determination value, the enrichment end determination value, and the normal operation permission temperature are not limited to the above. These values may be set for each operating condition. Further, in the above embodiment, the enrichment control is performed when the exhaust gas temperature is equal to or higher than the same normal allowable temperature both during the regeneration control of the
また、前記NOx吸着触媒装置54、前記NOx吸蔵触媒装置56の具体的な構成および、これらのNOx吸着触媒装置54、NOx吸蔵触媒装置56とDPF52との配置は前記に限らない。また、前記DPF52は省略可能である。
The specific configurations of the NOx
また、前記NOx放出部78等において、排ガスの空燃比をリッチ化する方法は前記に限らない。
Further, the method for enriching the air-fuel ratio of the exhaust gas in the
また、本排ガス浄化装置10は、ディーゼルエンジンに限らず他のリーンバーンエンジンにも適用可能である。
Moreover, this exhaust
1 エンジン本体
2 ECU
22 排気通路
35 排ガス温度センサ(排ガス温度検出手段)
37 NOxセンサ(NOx濃度検出手段)
40 吸気スロットル
41 EGRバルブ
52 DPF(パティキュレートフィルタ)
54 NOx吸着触媒装置
54a コージェライト担体基材
54b NOx吸着触媒層
54c NH3吸着触媒層
56 NOx吸蔵触媒装置
56a コージェライト担体基材
56b NOx吸蔵触媒層
60 DPF再生制御部(再生制御手段)
76 吸蔵状態判断部(吸蔵状態判断手段)
78 NOx放出部(NOx放出手段)
80 NOx放出空燃比算出部(NOx放出空燃比算出手段)
A/F 空燃比
PM 粒子状物質
V1 飽和判定値
V2 リッチ化終了判定値
T1 通常運転許可温度
1
22
37 NOx sensor (NOx concentration detection means)
40
54 NOx
76 Occlusion State Judgment Unit (Occlusion State Judgment Unit)
78 NOx release part (NOx release means)
80 NOx emission air-fuel ratio calculation unit (NOx emission air-fuel ratio calculation means)
A / F Air-fuel ratio PM Particulate matter V1 Saturation judgment value V2 Enrichment completion judgment value T1 Normal operation permission temperature
Claims (8)
前記エンジンの排気通路に設けられて、前記エンジンの燃焼室から排出される排ガス中に含まれるNOxを吸着するNOx吸着材と当該NOx吸着材に吸着されたNOxが酸素不足雰囲気下で転化されてなるNH3を吸着するNH3吸着材とを含有するNOx吸着触媒装置と、
当該NOx吸着触媒装置の下流側に設けられて、前記NOx吸着材がNOxを吸着する温度よりも高い温度で前記排気通路内のNOxを吸蔵するNOx吸蔵材を含有するNOx吸蔵触媒装置と、
前記NOx吸蔵触媒装置におけるNOxの吸蔵状態を判断する吸蔵状態判断手段と、
前記吸蔵状態判断手段で判断された前記NOx吸蔵触媒装置におけるNOxの吸蔵状態に基づいて、前記排ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチ側のNOx放出空燃比にするリッチ化制御を実施し、前記NOx吸蔵触媒装置に含まれる前記NOx吸蔵材に吸蔵されたNOxを放出させるとともにこの放出されたNOxを還元浄化するNOx放出手段とを備えることを特徴とする排ガス浄化装置。 An exhaust gas purification device for a lean burn engine,
The NOx adsorbent that is provided in the exhaust passage of the engine and adsorbs NOx contained in the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the engine and the NOx adsorbed on the NOx adsorbent are converted in an oxygen-deficient atmosphere. a NOx trap catalyst device containing a NH 3 adsorbing material for adsorbing NH 3 comprising,
A NOx occlusion catalyst device that is provided on the downstream side of the NOx adsorption catalyst device and contains a NOx occlusion material that occludes NOx in the exhaust passage at a temperature higher than the temperature at which the NOx adsorbent adsorbs NOx ;
Occlusion state determination means for determining the NOx occlusion state in the NOx occlusion catalyst device;
Based on the NOx occlusion state in the NOx occlusion catalyst device determined by the occlusion state determination means, the enrichment control is performed to make the air-fuel ratio of the exhaust gas richer than the stoichiometric air-fuel ratio to the NOx release air-fuel ratio, An exhaust gas purification device comprising NOx storage means for releasing NOx stored in the NOx storage material included in the NOx storage catalyst device and reducing and purifying the released NOx .
前記NOx放出手段は、前記吸蔵状態判断手段にて前記NOx吸蔵触媒装置がNOxの吸蔵に対して飽和状態であると判断された場合に、前記リッチ化制御を開始することを特徴とする排ガス浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus according to claim 1,
The NOx release means starts the enrichment control when the storage state determination means determines that the NOx storage catalyst device is saturated with respect to storage of NOx. apparatus.
前記吸蔵状態判断手段で判断された前記NOx吸蔵触媒装置におけるNOxの吸蔵状態に応じて前記NOx放出空燃比を算出するNOx放出空燃比算出手段を有することを特徴とする排ガス浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus according to claim 1 or 2,
An exhaust gas purification apparatus comprising NOx release air-fuel ratio calculation means for calculating the NOx release air-fuel ratio in accordance with the NOx storage state in the NOx storage catalyst device determined by the storage state determination means .
前記NOx吸蔵触媒装置の下流側に設けられて、前記排気通路内のNOxの濃度を検出するNOx濃度検出手段を有し、
前記吸蔵状態判断手段は、前記NOx濃度検出手段で検出された前記NOxの濃度に基づいて前記NOx吸蔵触媒装置におけるNOxの吸蔵状態を判断することを特徴とする排ガス浄化装置。 In the exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 3,
Provided on the downstream side of the NOx occlusion catalyst device, comprising NOx concentration detection means for detecting the concentration of NOx in the exhaust passage;
The exhaust gas purification device, wherein the storage state determination means determines the NOx storage state in the NOx storage catalyst device based on the NOx concentration detected by the NOx concentration detection means .
前記NOx吸着触媒装置の上流側に設けられて、前記排気通路内の排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段を有し、
前記NOx放出手段は、前記排ガス温度検出手段で検出された前記排ガスの温度が予め設定された所定値以上の場合に、前記リッチ化制御の実施を許可することを特徴とする排ガス浄化装置。 In the exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 4,
An exhaust gas temperature detecting means provided on the upstream side of the NOx adsorption catalyst device for detecting the temperature of the exhaust gas in the exhaust passage;
The NOx releasing means permits the enrichment control to be performed when the temperature of the exhaust gas detected by the exhaust gas temperature detecting means is equal to or higher than a predetermined value set in advance .
前記エンジンから排出される粒子状物質を捕集するとともに、この捕集した前記粒子状物質を燃焼除去するパティキュレートフィルタを有し、
前記NOx吸着触媒装置および前記NOx吸蔵触媒装置が、前記パティキュレートフィルタの下流側に設けられていることを特徴とする排ガス浄化装置。 In the exhaust gas purifying apparatus according to any one of claims 1 to 5,
A particulate filter that collects particulate matter discharged from the engine and burns and removes the collected particulate matter;
The exhaust gas purification device, wherein the NOx adsorption catalyst device and the NOx storage catalyst device are provided on the downstream side of the particulate filter .
前記排ガスの空燃比を、通常運転時の空燃比よりもリッチ側で、かつ、理論空燃比よりもリーン側にする再生制御を行い、前記パティキュレートフィルタに捕集された前記粒子状物質を燃焼除去する再生制御手段を有し、
前記NOx放出手段は、前記再生制御手段による前記再生制御の実施中に、前記リッチ化制御の実施を許可することを特徴とする排ガス浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus according to claim 6,
Regeneration control is performed so that the air-fuel ratio of the exhaust gas is richer than the air-fuel ratio during normal operation and leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and the particulate matter collected by the particulate filter is burned Having a regeneration control means for removing,
The exhaust gas purification apparatus , wherein the NOx releasing means permits the enrichment control to be performed during the regeneration control by the regeneration control means .
前記NOx吸着触媒装置の上流側に設けられて、前記排気通路内の排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段を有し、
前記NOx放出手段は、前記再生制御手段による前記再生制御が終了した直後であって、前記排ガス温度検出手段で検出された前記排ガスの温度が予め設定された通常運転可能温度以上となる期間中において、前記吸蔵状態判断手段にて前記NOx吸蔵触媒装置がNOxの吸蔵に対して飽和状態であると判断された場合に、前記リッチ化制御を実施することを特徴とする排ガス浄化装置。
The exhaust gas purification apparatus according to claim 7,
An exhaust gas temperature detecting means provided on the upstream side of the NOx adsorption catalyst device for detecting the temperature of the exhaust gas in the exhaust passage;
The NOx releasing means is immediately after the regeneration control by the regeneration control means is completed and during a period in which the temperature of the exhaust gas detected by the exhaust gas temperature detecting means is equal to or higher than a preset normal operable temperature. The exhaust gas purifying apparatus , wherein the enrichment control is performed when the storage state determination means determines that the NOx storage catalyst device is saturated with respect to storage of NOx .
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