JP5181972B2 - Engine exhaust gas purification device - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの排気ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for an engine.
環境負荷の軽減、並びに自動車の燃費低減の観点から、ハイブリッド自動車や水素を燃料とする自動車が注目されている。 From the viewpoints of reducing environmental burden and reducing fuel consumption of automobiles, hybrid cars and automobiles using hydrogen as fuel are attracting attention.
乗用車に広く使われるガソリンエンジンは一般に軽負荷での効率が悪くなる。これに対して、ハイブリッド自動車の場合、低速域や軽負荷領域では、効率の低いエンジンではなく、電気モータで走行することができるため、燃費の改善が図れ、また、有害排出物も少ないため、環境負荷の軽減に有利になる。 Gasoline engines that are widely used in passenger cars are generally less efficient at light loads. On the other hand, in the case of a hybrid vehicle, in a low speed range and a light load range, it is possible to drive with an electric motor instead of an engine with low efficiency, so that fuel efficiency can be improved and harmful emissions are also low. It is advantageous for reducing the environmental load.
一方、水素のみを燃料とする自動車の場合、ガソリン、軽油、或いはアルコールのようなHC(炭化水素)成分を燃料とする自動車とは違って、HCが排気ガスとして排出されることを避けることができる。しかし、水素燃料の場合、ガソリンに比べて発熱量が少なく、出力面で不利であるとともに、水素を自動車に多量に搭載することが難しいため、走行距離の面で不利になる。 On the other hand, in the case of an automobile that uses only hydrogen as a fuel, unlike an automobile that uses an HC (hydrocarbon) component such as gasoline, light oil, or alcohol as fuel, it is possible to avoid exhausting HC as exhaust gas. it can. However, hydrogen fuel is disadvantageous in terms of travel distance because it generates less heat than gasoline and is disadvantageous in terms of output, and it is difficult to mount a large amount of hydrogen in an automobile.
そこで、燃料として水素とガソリンとを用いることが提案されている。例えば特許文献1〜3には、水素とガソリンとを切り換えてエンジン燃焼室に供給するシステムが開示されている。これら特許文献には、ガソリンを燃料とするときは、エンジンが通常はストイキ運転されるので、排気ガス中のHC、CO及びNOx(窒素酸化物)を浄化すべく、三元触媒を排気ガス通路に配置することが記載されている。また、水素を燃料とするときにはエンジンからNOxが排出されるが、特許文献3には、三元触媒とNOx吸蔵還元触媒やNOx選択還元触媒とを組み合わせて使用することが開示されている。
しかし、燃料として水素とガソリンとを用いる場合、三元触媒のみでは、或いは三元触媒とNOx吸蔵還元触媒やNOx選択還元触媒とを組み合わせた場合でも、HCが浄化されることなく排出されてしまうことがある。 However, when hydrogen and gasoline are used as fuel, HC is discharged without being purified even if only a three-way catalyst is used, or if a three-way catalyst is combined with a NOx storage reduction catalyst or a NOx selective reduction catalyst. Sometimes.
すなわち、ガソリンタンクには、該タンク内で発生する蒸発燃料の大気への放出を防ぐために、活性炭等の吸着剤を収容したキャニスタが接続されている。その吸着剤の吸着能力には限界があるため、吸着が飽和する前にキャニスタに大気を取り込んで吸着剤から燃料成分を放出させ、エンジンの吸気系に導入するパージ処理が必要となる。ところが、エンジンは水素を燃料とするときはリーンバーン運転され、燃焼室温度が低いため、吸気系にパージされた蒸発燃料は燃焼室で完全に燃焼せず、排気系に排出されるHC量が多くなる。そして、そのときは排気ガス温度が低いことから、三元触媒も温度が低く十分に活性化していない状態にあるため、排気ガス中の上記蒸発燃料に因るHCが酸化浄化されずに、大気中に排出されることになる。 That is, a canister containing an adsorbent such as activated carbon is connected to the gasoline tank in order to prevent the evaporated fuel generated in the tank from being released into the atmosphere. Since the adsorption capacity of the adsorbent is limited, it is necessary to perform a purge process in which the atmosphere is taken into the canister before the adsorption is saturated, the fuel component is released from the adsorbent, and introduced into the intake system of the engine. However, when the engine uses hydrogen as the fuel, the lean burn operation is performed and the combustion chamber temperature is low. Therefore, the evaporated fuel purged to the intake system does not completely burn in the combustion chamber, and the amount of HC discharged to the exhaust system is small. Become more. At that time, since the exhaust gas temperature is low, the three-way catalyst is also in a state where the temperature is low and not sufficiently activated, so that the HC caused by the evaporated fuel in the exhaust gas is not oxidized and purified, Will be discharged inside.
そこで、本発明は、エンジンがガソリンを燃料としてストイキ運転されるときの排気ガスの効率良い浄化を図りながら、エンジンが水素を燃料としてリーンバーン運転されているときに、蒸発燃料のパージが行なわれても、エミッションが悪化しないようにすることを課題とする。 Therefore, the present invention purges the evaporated fuel when the engine is lean-burned with hydrogen as fuel while purifying exhaust gas efficiently when the engine is stoichiometrically run with gasoline as fuel. However, it is an issue to prevent emission from deteriorating.
本発明は、上記課題を解決するために、エンジンの排気通路を第一通路と第二通路とに分岐させ、第一通路には排気ガスがリーン且つ低温であるときのHC浄化性能が良い触媒を配置し、第二通路には三元触媒としての性能が良い第二触媒を配置し、エンジンから排出される排気ガスの性状に応じて第一通路及び第二通路に流入する排気ガス流量を制御するようにした。 In order to solve the above problems, the present invention branches an engine exhaust passage into a first passage and a second passage, and the first passage has a catalyst with good HC purification performance when the exhaust gas is lean and low in temperature. In the second passage, a second catalyst having good performance as a three-way catalyst is arranged, and the flow rate of exhaust gas flowing into the first passage and the second passage according to the properties of the exhaust gas discharged from the engine is set. I tried to control it.
請求項1に係る発明は、ガソリンを含む燃料を使用した運転と、水素燃料を使用した運転とが行なわれるエンジンの排気ガス浄化装置であって、
上記ガソリンを含む燃料を貯蔵する燃料タンク内に発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該キャニスタに吸着された蒸発燃料をエンジンの吸気系にパージするパージ通路とを有し、
上記エンジンの排気通路は第一通路と第二通路とに分岐し、第一通路に第一触媒が配置され、第二通路に第二触媒が配置され、
上記第一触媒は、アルミナ系サポート材にPtを担持してなるPt担持アルミナと、CeZr系複合酸化物サポート材にPtを担持してなるPt担持CeZr系複合酸化物とからなるグループより選ばれる少なくとも1種を含み、
上記第二触媒は、アルミナ系サポート材にPdを担持してなるPd担持アルミナと、CeZr系複合酸化物サポート材にRhを担持してなるRh担持CeZr系複合酸化物と、活性アルミナ粒子にRhを担持してなるRh担持アルミナと、CeZr系複合酸化物サポート材にPdを担持してなるPd担持CeZr系複合酸化物とからなるグループより選ばれる少なくとも1種を含み、
上記ガソリンを含む燃料及び水素燃料のうち、少なくとも水素燃料が使用されて上記エンジンがリーンバーン運転され、且つ排気ガスの温度が所定温度以下であるときは、上記排気ガスが上記第一通路に優先的に流入するように、上記リーンバーン運転時において、上記排気ガスの温度が上記所定温度よりも高いときは、上記排気ガスが上記第一通路及び上記第二通路に流入し且つ該排気ガス温度が高くなるほど上記第二通路に流入する排気ガス流量が増大するように、上記ガソリンを含む燃料が使用されて上記エンジンがストイキ運転されているときは、上記排気ガスが上記第二通路に優先的に流入するように、上記第一通路及び第二通路に流入する排気ガス流量を制御する制御手段を備えていることを特徴とする。
The invention according to claim 1 is an engine exhaust gas purifying apparatus for performing an operation using a fuel containing gasoline and an operation using hydrogen fuel,
A canister that adsorbs the evaporated fuel generated in a fuel tank that stores the fuel containing gasoline, and a purge passage that purges the evaporated fuel adsorbed by the canister to the intake system of the engine;
The engine exhaust passage branches into a first passage and a second passage, the first catalyst is disposed in the first passage, the second catalyst is disposed in the second passage,
The first catalyst is selected from the group consisting of Pt-supported alumina in which Pt is supported on an alumina-based support material, and Pt-supported CeZr-based composite oxide in which Pt is supported on a CeZr-based composite oxide support material. Including at least one species,
The second catalyst includes Pd-supported alumina in which Pd is supported on an alumina support material, Rh-supported CeZr-based composite oxide in which Rh is supported on a CeZr-based composite oxide support material, and Rh on active alumina particles . hints and Rh supported alumina obtained by carrying, at least one selected from the group consisting of Pd supported CeZr-based mixed oxide obtained by supporting Pd on CeZr-based mixed oxide support material,
Of the fuel containing gasoline and hydrogen fuel, at least hydrogen fuel is used, the engine is lean burned, and the temperature of the exhaust gas is below a predetermined temperature, the exhaust gas has priority over the first passage. In the lean burn operation, when the temperature of the exhaust gas is higher than the predetermined temperature, the exhaust gas flows into the first passage and the second passage and the exhaust gas temperature When the engine is stoichiometrically operated using the fuel containing gasoline so that the flow rate of the exhaust gas flowing into the second passage increases as the value of the exhaust gas increases , the exhaust gas is given priority to the second passage. Control means for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing into the first passage and the second passage so as to flow into the first passage.
ここに、上記第一触媒のグループに属する触媒材であるPt担持アルミナ及びPt担持CeZr系複合酸化物と、第二触媒のグループに属する触媒材であるPd担持アルミナ、Rh担持CeZr系複合酸化物、Rh担持アルミナ及びPd担持CeZr系複合酸化物とを、排気ガス浄化性能に関して比較すると、後に実験データで明らかにするが、次のようになる。 Here, Pt-supported alumina and Pt-supported CeZr-based composite oxide, which are catalyst materials belonging to the first catalyst group, and Pd-supported alumina, Rh-supported CeZr-based composite oxide, which belong to the second catalyst group. When the Rh-supported alumina and the Pd-supported CeZr-based composite oxide are compared with respect to the exhaust gas purification performance, it will be clarified later by experimental data as follows.
すなわち、第一触媒グループの触媒材は、Ptを触媒金属として有することから、PdやRhを触媒金属とする第二触媒グループの触媒材よりも、低温域でのHC浄化性能及びNOx浄化性能が高い。特に、排気ガスの空燃比がリーンであるときの低温域でのHC及びNOの浄化に関して、第一触媒グループの触媒材は優れており、HC浄化に関しては400℃以下において、NO浄化に関しては300℃以下において、第一触媒グループの触媒材は第二触媒グループの触媒材よりも浄化性能が良い。 That is, since the catalyst material of the first catalyst group has Pt as the catalyst metal, the HC purification performance and the NOx purification performance in the low temperature region are higher than the catalyst material of the second catalyst group using Pd and Rh as the catalyst metal. high. In particular, regarding the purification of HC and NO in the low temperature range when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, the catalyst material of the first catalyst group is excellent. Below ℃, the catalyst material of the first catalyst group has better purification performance than the catalyst material of the second catalyst group.
一方、排気ガスの空燃比が理論空燃比付近であるときのHC及びNOの浄化に関しては、第一触媒グループの触媒材よりも、第二触媒グループの触媒材の方が浄化性能が良い。特に、第二触媒グループの触媒材は、第一触媒グループの触媒材に比べて、ライトオフ温度が低いという特性を有する。 On the other hand, regarding the purification of HC and NO when the air-fuel ratio of the exhaust gas is near the stoichiometric air-fuel ratio, the catalyst material of the second catalyst group has better purification performance than the catalyst material of the first catalyst group. In particular, the catalyst material of the second catalyst group has a characteristic that the light-off temperature is lower than that of the catalyst material of the first catalyst group.
そうして、本発明にあっては、少なくとも水素燃料が使用されてエンジンがリーンバーン運転され、且つ排気ガスの温度が所定温度以下であるときは、排気ガスが第一通路に優先的に流入するから、上記第一触媒グループの触媒材により、排気ガス中のHC及びNOが効率良く浄化される。すなわち、蒸発燃料の吸気系へのパージによって排気ガス中に含まれてくるHCが第一触媒グループの触媒材によって浄化され、未浄化のまま大気中に排出されることが抑制される。また、上記水素燃料によるリーンバーン運転時に発生し易いNOが第一触媒グループの触媒材によって浄化され、未浄化のまま大気中に排出されることが抑制される。 Thus, in the present invention, when at least hydrogen fuel is used and the engine is lean burn-operated and the temperature of the exhaust gas is lower than a predetermined temperature, the exhaust gas preferentially flows into the first passage. Therefore, HC and NO in the exhaust gas are efficiently purified by the catalyst material of the first catalyst group. That is, HC contained in the exhaust gas by purging the evaporated fuel to the intake system is purified by the catalyst material of the first catalyst group, and is prevented from being discharged into the atmosphere without being purified. Further, NO that is likely to be generated during the lean burn operation using the hydrogen fuel is purified by the catalyst material of the first catalyst group, and is prevented from being discharged into the atmosphere without being purified.
一方、ガソリンを含む燃料が使用されてエンジンがストイキ運転されているときは、排気ガスが上記第二通路に優先的に流入するから、上記第二触媒グループの触媒材により、排気ガス中のHC及びNOが効率良く浄化され、未浄化のまま大気中に排出されることが抑制される。 On the other hand, when the fuel containing gasoline is used and the engine is stoichiometrically operated, the exhaust gas preferentially flows into the second passage. Therefore, the catalyst material of the second catalyst group causes the HC in the exhaust gas to be exhausted. And NO is efficiently purified and is prevented from being discharged into the atmosphere without being purified.
また、上述のPd担持アルミナ、Rh担持CeZr系複合酸化物、Rh担持アルミナ及びPd担持CeZr系複合酸化物は、排気ガスの空燃比がリーンであるときのHCの浄化に関しては、排気ガス温度が高くなると、上記第一触媒グループの触媒材よりも、HC浄化性能が高くなる。従って、排気ガス温度が高くなるほど第二通路に流入する排気ガス流量を増大させるという制御により、第一触媒と第二触媒とを利用して、低温から高温にわたって排気ガス中のHCを効率良く浄化することができる。 The above-mentioned Pd-supported alumina, Rh-supported CeZr-based composite oxide, Rh-supported alumina, and Pd-supported CeZr-based composite oxide have an exhaust gas temperature of about HC purification when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean. When it becomes higher, the HC purification performance becomes higher than the catalyst material of the first catalyst group. Therefore, HC in exhaust gas is efficiently purified from low temperature to high temperature by using the first catalyst and the second catalyst by controlling the flow rate of exhaust gas flowing into the second passage as the exhaust gas temperature increases. can do.
請求項2に係る発明は、請求項1において、
上記第二触媒は、上記Pd担持アルミナ及びRh担持CeZr系複合酸化物より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする。
The invention according to
The second catalyst is at least one selected from the Pd-supported alumina and the Rh-supported CeZr composite oxide.
すなわち、上記第二触媒グループに属する上記4種類の触媒材のなかでも、Pd担持アルミナ及びRh担持CeZr系複合酸化物は、排気ガスの空燃比が理論空燃比付近であるときのHC及びNOの浄化に関するライトオフ温度が低いことから、ガソリンを含む燃料が使用されてエンジンがストイキ運転されているときのHC及びNOの低温での浄化に有利になる。 That is, among the four types of catalyst materials belonging to the second catalyst group, the Pd-supported alumina and the Rh-supported CeZr-based composite oxide are HC and NO when the air-fuel ratio of the exhaust gas is near the stoichiometric air-fuel ratio. Since the light-off temperature relating to purification is low, it is advantageous for purification of HC and NO at low temperatures when fuel containing gasoline is used and the engine is operating stoichiometrically.
請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2において、
上記第二触媒は、上記Pd担持アルミナ又は上記Pd担持CeZr系複合酸化物が下層となり、上記Rh担持アルミナ又は上記Rh担持CeZr系複合酸化物が上層となるように担体に担持されてなることを特徴とする。
The invention according to
The second catalyst is supported on a carrier such that the Pd-supported alumina or the Pd-supported CeZr-based composite oxide is a lower layer, and the Rh-supported alumina or the Rh-supported CeZr-based composite oxide is an upper layer. Features.
請求項4に係る発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
上記エンジンは、電気モータで駆動することができるハイブリッド車両に搭載され、上記電気モータのための発電機の駆動に用いられることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects,
The engine is mounted on a hybrid vehicle that can be driven by an electric motor, and is used for driving a generator for the electric motor.
従って、当該ハイブリッド車両のエンジンを水素燃料によってリーンバーン運転しているときにおいて、蒸発燃料の吸気系へのパージによって排気ガス中に含まれてくるHCを第一触媒によって効率良く浄化することができ、未浄化のまま大気中に排出されることが抑制される。 Therefore, when the engine of the hybrid vehicle is lean burned with hydrogen fuel, HC contained in the exhaust gas can be efficiently purified by the first catalyst by purging the evaporated fuel to the intake system. , It is suppressed to be discharged into the atmosphere without being purified.
以上のように、本発明によれば、エンジンの排気通路を第一通路と第二通路とに分岐させ、第一通路には、Pt担持アルミナとPt担持CeZr系複合酸化物とからなるグループより選ばれる少なくとも1種を含む第一触媒を配置し、第二通路には、Pd担持アルミナ、Rh担持CeZr系複合酸化物、Rh担持アルミナ及びPd担持CeZr系複合酸化物からなるグループより選ばれる少なくとも1種を含む第二触媒を配置し、ガソリンを含む燃料及び水素燃料のうち、少なくとも水素燃料が使用されてエンジンがリーンバーン運転され、且つ排気ガスの温度が所定温度以下であるときは、排気ガスが第一通路に優先的に流入するように、上記リーンバーン運転時において、上記排気ガスの温度が上記所定温度よりも高いときは、上記排気ガスが上記第一通路及び上記第二通路に流入し且つ該排気ガス温度が高くなるほど上記第二通路に流入する排気ガス流量が増大するように、ガソリンを含む燃料が使用されてエンジンがストイキ運転されているときは、排気ガスが第二通路に優先的に流入するようにしたから、上記リーンバーン運転時に蒸発燃料の吸気系へのパージによって排気ガス中に含まれてくるHCや、リーンバーンによって生じ易いNOを効率良く浄化することができるとともに、上記ストイキ運転時のHC及びNOの浄化も効率良く行なうことができ、さらに、上記リーンバーン運転時において、第一触媒と第二触媒とを利用して、低温から高温にわたって排気ガス中のHCを効率良く浄化することができる。 As described above, according to the present invention, the engine exhaust passage is branched into the first passage and the second passage, and the first passage is made of the group consisting of Pt-supported alumina and Pt-supported CeZr-based composite oxide. A first catalyst containing at least one selected is disposed, and the second passage is at least selected from the group consisting of Pd-supported alumina, Rh-supported CeZr-based composite oxide, Rh-supported alumina, and Pd-supported CeZr-based composite oxide. When a second catalyst including one kind is arranged, and at least hydrogen fuel is used among fuels including gasoline and hydrogen fuel, the engine is lean burn-operated, and the exhaust gas temperature is lower than a predetermined temperature, exhaust gas as gas is preferentially flow into the first passage, in the lean-burn operation, when the temperature of the exhaust gas is higher than the predetermined temperature, the exhaust Scan is so that the exhaust gas flow rate flowing into the second passage about the first passage and the flow into the second passage and the exhaust gas temperature rises is increased, the fuel is used engine stoichiometric operation or gasoline Since the exhaust gas preferentially flows into the second passage when it is being operated, the HC contained in the exhaust gas by the purge of the evaporated fuel to the intake system during the lean burn operation, or the lean burn Can be efficiently purified, and HC and NO can be efficiently purified during the stoichiometric operation. Further, during the lean burn operation, the first catalyst and the second catalyst are separated from each other. It is possible to efficiently purify HC in the exhaust gas from low temperature to high temperature.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature, and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.
<ハイブリッド自動車の概略構成>
図1は、本発明の実施形態に係るハイブリッド自動車の概略構成図である。この自動車は、エンジン1及びモータ2を動力源として備えているが、エンジン1は発電にのみ使用し、自動車が動くための動力は全てモータ2に頼る所謂シリーズハイブリッド自動車である。エンジン1は、ガソリンと水素とを切換えて、さらにはガソリンと水素とを混合して燃料として使用するように構成されているデュアルフューエルエンジンである。
<Schematic configuration of hybrid vehicle>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention. This vehicle is provided with an engine 1 and a
ハイブリッド自動車は、エンジン1にガソリンを供給するガソリン燃料タンク3、エンジン1に水素を供給する水素燃料タンク4、エンジン1の出力軸5によって駆動されるジェネレータ(発電機)6、並びにモータ駆動用の電力を蓄えるバッテリ(高電圧バッテリ)7を備えている。
The hybrid vehicle includes a
バッテリ7は、モータ2及びジェネレータ6にそれぞれ、DC−ACコンバータ11及びAC−DCコンバータ12を介して接続されていて、ジェネレータ6からの発電電力及びモータ2からの回生電力が供給されることで充電される。また、バッテリ7は、電力をモータ2及びジェネレータ6に供給する。モータ2の出力軸は、駆動輪13にディファレンシャルギア14を介して連結されている。
The
ジェネレータ6で発生する交流電力はAC−DCコンバータ12により直流電力に変換され、さらにDC−ACコンバータ11により交流電力に変換されてモータ2へと供給される。バッテリ7の直流電力はDC−ACコンバータ11により所定の周波数の交流電力に変換されてモータ2に供給される。ジェネレータ6で発生する交流電力はAC−DCコンバータ12により直流電力に変換されてバッテリ7に供給される。
AC power generated by the
ガソリン燃料タンク3には、該タンク内で発生した蒸発燃料(ガソリン)を吸着するキャニスタ15が蒸発燃料通路16を介して接続されている。キャニスタ15は、その底部に大気取入口を有し、活性炭等を充填した通気性のある部材で構成される。キャニスタ15はパージ通路17を介してエンジン1のスロットル弁下流側の吸気通路に接続され、パージ通路17の途中にはパージ制御弁18が配設されている。パージ制御弁18はその開閉動作が電磁式に制御され、開弁により、キャニスタ15に吸着された蒸発燃料が空気と共に吸気通路に供給(パージ)される。
A canister 15 that adsorbs evaporated fuel (gasoline) generated in the tank is connected to the
この場合、ガソリン燃料タンク3の温度、パージを実行していない時間等に基いて、キャニスタ15の蒸発燃料吸着量を推定し、該推定量が所定値以上となったとき、パージ制御弁18を所定時間の開弁する。なお、蒸発燃料吸着量を推定せずに定期的にパージ制御弁18を所定時間開弁するようにしてもよい。
In this case, the amount of evaporated fuel adsorbed by the canister 15 is estimated based on the temperature of the
エンジン1の排気通路21は、第一通路22と第二通路23とに分岐し、第一通路22に第一触媒24が配置され、第二通路23に第二触媒25が配置されている。排気通路21の分岐部には、第一通路22と第二通路23とに流れる排気ガスの流量を制御する流量制御弁26が配置されている。流量制御弁26よりも上流側の排気通路21には、第一触媒24又は第二触媒25に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサ27と、該排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサ28とが配置されている。第一触媒24及び第二触媒25の具体的な構成については後述する。
The
<エンジン及び制御系の構成>
本例のエンジン1は、図2に示すように、一対のロータハウジング31,32と、その内周面に沿い、出力軸(エキセントリックシャフト)5に支持されて回転する2つのロータ33,34とを備えた2ロータのロータリーピストンエンジンである。図2では一対のロータハウジング31,32を左右に展開して模式的に示している。
<Engine and control system configuration>
As shown in FIG. 2, the engine 1 of the present example includes a pair of
エンジン1の吸気通路35には、その上流側の共通通路部位にアクチュエータ37で駆動されるスロットル弁36が設けられている。吸気通路35の下流側の分岐した2つの独立通路部位には、ポート噴射を行なうガソリン用燃料噴射弁38,39が設けられ、また、ロータハウジング31,32に、燃焼室内に燃料を噴射する水素用燃料噴射弁40,41が設置されている。また、各ロータハウジング31,32にはそれぞれ2つずつ点火プラグ42〜45が設置されている。これらスロットル弁アクチュエータ37、燃料噴射弁38〜41及び点火プラグ42〜45、並びにDC−ACコンバータ11、AC−DCコンバータ12及び流量制御弁26は、コンピュータを用いた制御手段(PCM(パワートレインコントロールモジュール))46によって制御される。
An
制御手段46には、上記制御のために、バッテリ電流・電圧センサ47、ガソリン燃料タンク3のガソリン残量を検出する燃料センサ48、水素燃料タンク4の水素残量を検出する圧力センサ49、自動車のインストルメントパネルに設けられた使用燃料の切換えスイッチ50、車速センサ51、アクセル開度センサ52、温度センサ27、酸素センサ28等の各検出信号が入力される。バッテリ電流・電圧センサ47は、バッテリ7に付設されたもので、バッテリ7に入ってくる電力、並びにバッテリ7から出て行く電力を、電流と電圧から求め、バッテリ7の蓄電量を検出するためのものである。
For the above control, the control means 46 includes a battery current /
以下、制御について具体的に説明する。エンジン1の運転に関しては、車速センサ51及びアクセル開度センサ52の検出信号に基いて、モータ2に要求される出力トルク(以下、「要求トルク」という。)が所定値以上であるときに、並びに、バッテリ電流・電圧センサ47の検出信号に基いて、バッテリ7の蓄電量が所定値以下であるときに、エンジン1の運転要と判定する。そして、モータ2の要求トルク及びバッテリ7の蓄電量に基いて、必要なエンジントルクが算出され、エンジン1が運転される。
Hereinafter, the control will be specifically described. Regarding the operation of the engine 1, when the output torque required for the motor 2 (hereinafter referred to as “requested torque”) is greater than or equal to a predetermined value based on the detection signals of the
エンジン1に使用するガソリンと水素との間の燃料切換えは、温度センサ27によって検出される第二触媒25の温度(触媒活性度)、燃料センサ48によってされるガソリン燃料タンク3のガソリン残量、圧力センサ49によって検出される水素燃料タンク4の水素残量、並びに使用燃料の切換えスイッチ50によって運転者が選択する燃料の種類に基いて実行される。すなわち、エンジン始動時、第二触媒25が活性化するまでは、排気エミッション性能を高めるため自動的に水素が使用される。第二触媒25の活性化後は、運転者がガソリンを選択しているときはガソリンが使用され、水素を選択しているときは水素が使用される。但し、水素及びガソリンのいずれか一方の残量が所定値未満になったときは、水素とガソリンとが所定の混合比で併用され、水素の燃料切れを生じているときは、エンジン始動時を含めて、ガソリンが使用され、ガソリンの燃料切れを生じているときは、水素が使用される。
The fuel switching between gasoline and hydrogen used in the engine 1 includes the temperature of the second catalyst 25 (catalyst activity) detected by the
エンジン1の目標空燃比(目標空気過剰率λ)は、ガソリン使用時と水素使用時とでは異なり、ガソリン使用時はλ=1に設定され(ストイキ運転)、水素使用時はNOx排出量が略零で最適な燃費率に最も近いλ=2.0近傍に設定され(リーンバーン運転)、水素及びガソリンの併用時もリーンバーン運転される。水素使用時にエンジン1がリーンバーン運転されることによって、燃焼温度の上昇が抑えられ、NOxの排出が抑制される。但し、水素使用時でもエンジン1に対する要求トルクが大きいとき(バッテリ7の充電時や車両電気負荷が大きいとき)は目標空燃比のリーン度合いを適宜弱めてリーンバーン運転される。エンジン1の空燃比は、酸素センサ28の検出信号に基いてフィードバック制御される。
The target air-fuel ratio (target excess air ratio λ) of the engine 1 is different between when gasoline is used and when hydrogen is used. When gasoline is used, λ = 1 is set (stoichiometric operation). It is set to near λ = 2.0, which is the closest to the optimum fuel efficiency at zero (lean burn operation), and lean burn operation is also performed when hydrogen and gasoline are used together. By performing lean burn operation of the engine 1 when using hydrogen, an increase in combustion temperature is suppressed and NOx emission is suppressed. However, even when hydrogen is used, when the required torque for the engine 1 is large (when the
制御手段46は、DC−ACコンバータ11及びAC−DCコンバータ12を制御し、バッテリ7、ジェネレータ13,及びモータ17の相互間での電力の授受及び変換を制御する。この場合、モータ2は、自動車の定速運転時等のように要求トルクが低い低トルク運転時や自動車始動時にはバッテリ7から供給される電力により駆動され、中トルク運転時にはエンジン1により駆動されるジェネレータ6から供給される電力によって駆動され、急加速時等の要求トルクが高い高トルク運転時には該ジェネレータ6及びバッテリ7の双方から供給される電力により駆動される。バッテリ7の蓄電量が少ないときには、エンジン1によって、モータ2に必要な電力よりも大きな電力を該ジェネレータ6に発生させ、余分な電力がバッテリ7に供給されて充電が行なわれる。
The control means 46 controls the DC-
制御手段46による流量制御弁26の制御については、触媒の構成を説明した後に詳述する。
The control of the
<第一触媒・第二触媒に使用する触媒材ついて>
次の12種類の触媒材を準備し、各々の排気ガス空燃比リーンでの飽和HC浄化率及びNOx浄化率を測定した。ここに、蒸発燃料(エバポガス)中には飽和炭化水素(HC)が多く含まれるので、飽和HC浄化率を測定するようにした。なお、飽和炭化水素はその化学構造の安定さから不飽和炭化水素よりも酸化されにくく、従って、飽和炭化水素が酸化されるのであれば、不飽和炭化水素も酸化されると考えてよい。
<About the catalyst material used for the first catalyst and the second catalyst>
The following 12 types of catalyst materials were prepared, and the saturation HC purification rate and NOx purification rate at each exhaust gas air-fuel ratio lean were measured. Here, since the saturated fuel (evaporative gas) contains a lot of saturated hydrocarbons (HC), the saturated HC purification rate was measured. Saturated hydrocarbons are less likely to be oxidized than unsaturated hydrocarbons due to the stability of their chemical structure. Therefore, if saturated hydrocarbons are oxidized, it may be considered that unsaturated hydrocarbons are also oxidized.
−サポート材がOSCIである触媒材3種−
このOSC(酸素吸蔵放出材)Iは、Ce、Zr及びNdが結晶を構成するCeZrNd複合酸化物(CeZr系複合酸化物)であり、その組成は、10%CeO2−80%ZrO2−10%Nd2O3(質量%)である。
-Three kinds of catalyst materials whose support material is OSCI-
This OSC (oxygen storage / release material) I is a CeZrNd composite oxide (CeZr-based composite oxide) in which Ce, Zr and Nd constitute crystals, and its composition is 10% CeO 2 -80% ZrO 2 -10. % Nd 2 O 3 (mass%).
CeZr系複合酸化物系サポート材としての上記OSCI粒子にPdを担持させたPd/OSCI触媒材(Pd担持CeZr系複合酸化物触媒材)、OSCI粒子にRhを担持させたRh/OSCI触媒材(Rh担持CeZr系複合酸化物触媒材)、並びにOSCI粒子にPtを担持させたPt/OSCI触媒材(Pt担持CeZr系複合酸化物触媒材)の3種を準備した。触媒金属Pd、Rh及びPt各々のOSCI粒子への担持には蒸発乾固法を採用し、500℃の温度で2時間の焼成を行なうことにより、各触媒材を得た。なお、上記各触媒金属の担持量は、各サポート材に対して1.0質量%で一定とした。 Pd / OSCI catalyst material (Pd-supported CeZr-based composite oxide catalyst material) in which Pd is supported on the OSCI particles as a CeZr-based composite oxide support material, and Rh / OSCI catalyst material in which Rh is supported on OSCI particles ( Rh-supported CeZr-based composite oxide catalyst material) and Pt / OSCI catalyst material (Pt-supported CeZr-based composite oxide catalyst material) in which Pt is supported on OSCI particles were prepared. The catalyst metals Pd, Rh, and Pt were supported on the OSCI particles by using an evaporation to dryness method, followed by firing at a temperature of 500 ° C. for 2 hours to obtain each catalyst material. The amount of each catalyst metal supported was constant at 1.0% by mass with respect to each support material.
−サポート材がOSCIIである触媒材3種−
このOSC(酸素吸蔵放出材)IIは、CeZr系複合酸化物としての、Ce、Zr及びNdが結晶を構成するCeZrNd複合酸化物(CeZr系複合酸化物)であり、その組成は、35%CeO2−55%ZrO2−10%Nd2O3(質量%)である。
-3 types of catalyst materials with support material OSCII-
This OSC (oxygen storage / release material) II is a CeZrNd composite oxide (CeZr composite oxide) in which Ce, Zr and Nd constitute crystals as a CeZr composite oxide, and its composition is 35% CeO. is 2 -55% ZrO 2 -10% Nd 2 O 3 ( wt%).
CeZr系複合酸化物系サポート材としての上記OSCII粒子にPdを担持させたPd/OSCII触媒材(Pd担持CeZr系複合酸化物触媒材)、OSCII粒子にRhを担持させたRh/OSCII触媒材(Rh担持CeZr系複合酸化物触媒材)、並びにOSCII粒子にPtを担持させたPt/OSCII触媒材(Pt担持CeZr系複合酸化物触媒材)の3種を準備した。触媒金属Pd、Rh及びPt各々のOSCII粒子への担持には蒸発乾固法を採用し、500℃の温度で2時間の焼成を行なうことにより、各触媒材を得た。なお、上記各触媒金属の担持量は、各サポート材に対して1.0質量%で一定とした。 Pd / OSCII catalyst material (Pd-supported CeZr-based composite oxide catalyst material) in which Pd is supported on the OSCII particles as a CeZr-based composite oxide support material, and Rh / OSCII catalyst material (in which Rh is supported on OSCII particles) Rh-supported CeZr-based composite oxide catalyst material) and Pt / OSCII catalyst material (Pt-supported CeZr-based composite oxide catalyst material) in which Pt is supported on OSCII particles were prepared. The catalyst metals Pd, Rh, and Pt were supported on the OSCII particles by an evaporation-drying method, and each catalyst material was obtained by firing at a temperature of 500 ° C. for 2 hours. The amount of each catalyst metal supported was constant at 1.0% by mass with respect to each support material.
−サポート材が活性アルミナである触媒材3種−
活性アルミナ系サポート材としての活性アルミナ粒子にPdを担持させたPd/Al2O3触媒材(Pd担持アルミナ触媒材)、活性アルミナ粒子にRhを担持させたRh/Al2O3触媒材(Rh担持アルミナ触媒材)、並びに活性アルミナ粒子にPtを担持させたPt/Al2O3触媒材(Pt担持アルミナ触媒材)の3種を準備した。触媒金属Pd、Rh及びPt各々の活性アルミナ粒子への担持には蒸発乾固法を採用し、500℃の温度で2時間の焼成を行なうことにより、各触媒材を得た。なお、上記各触媒金属の担持量は、各サポート材に対して1.0質量%で一定とした。
-Three kinds of catalyst materials whose support material is activated alumina-
Pd / Al 2 O 3 catalyst material (Pd-supported alumina catalyst material) in which Pd is supported on activated alumina particles as an active alumina support material, and Rh / Al 2 O 3 catalyst material (in which Rh is supported on activated alumina particles) Rh-supported alumina catalyst material) and Pt / Al 2 O 3 catalyst material (Pt-supported alumina catalyst material) in which Pt is supported on activated alumina particles were prepared. The catalyst metals Pd, Rh, and Pt were supported on the activated alumina particles by using an evaporation to dryness method and calcination at a temperature of 500 ° C. for 2 hours to obtain each catalyst material. The amount of each catalyst metal supported was constant at 1.0% by mass with respect to each support material.
−サポート材がZrO2被覆La含有アルミナである触媒材3種−
ZrO2被覆La含有アルミナは、La2O3を4質量%含有する活性アルミナ粒子の表面を10質量%の酸化ジルコニウムで被覆してなる。この活性アルミナ系サポート材としてのZrO2被覆La含有アルミナ粒子にPdを担持させたPd/ZrLa−Al2O3触媒材(Pd担持ZrO2被覆アルミナ触媒材)、ZrO2被覆La含有アルミナ粒子にRhを担持させたRh/ZrLa−Al2O3触媒材(Rh担持ZrO2被覆アルミナ触媒材)、並びにZrO2被覆La含有アルミナ粒子にPtを担持させたPt/ZrLa−Al2O3触媒材(Pt担持ZrO2被覆アルミナ触媒材)の3種を準備した。これら触媒材は、触媒金属Pd、Rh及びPt各々の硝酸溶液をZrO2被覆La含有アルミナ粉末に滴下し、500℃で乾燥・焼成することによって得た。なお、上記各触媒金属の担持量は、各サポート材に対して1.0質量%で一定とした。
- support material catalyst material three a ZrO 2 coating La-containing alumina -
ZrO 2 -coated La-containing alumina is obtained by coating the surface of activated alumina particles containing 4% by mass of La 2 O 3 with 10% by mass of zirconium oxide. Pd / ZrLa—Al 2 O 3 catalyst material (Pd-supported ZrO 2 -coated alumina catalyst material) in which Pd is supported on ZrO 2 -coated La-containing alumina particles as the active alumina-based support material, ZrO 2 -coated La-containing alumina particles Rh / ZrLa—Al 2 O 3 catalyst material supporting Rh (Rh-supported ZrO 2 coated alumina catalyst material), and Pt / ZrLa—Al 2 O 3 catalyst material supporting Pt on ZrO 2 coated La-containing alumina particles Three types of (Pt-supported ZrO 2 -coated alumina catalyst material) were prepared. These catalyst materials were obtained by dropping a nitric acid solution of each of the catalyst metals Pd, Rh, and Pt onto the ZrO 2 -coated La-containing alumina powder, followed by drying and firing at 500 ° C. The amount of each catalyst metal supported was constant at 1.0% by mass with respect to each support material.
−飽和HC浄化率及びNOx浄化率の測定−
上記12種の触媒材各々をコージェライト製ハニカム担体(容量25mL;直径25.4mm,長さ50mm)に担持させた触媒サンプルを調製し、模擬排気ガス流通反応装置及び排気ガス分析装置を用いて、空燃比リーンでの飽和HC浄化率及びNOx浄化率を測定した。模擬排気ガスの組成は、O2=9.6%、CO2=0.56%、CO=0.01%、H2=1.0%、C4H10(ブタン)=0.05%、NO=0.001%、H2O=18.6%、残りN2とした。この場合、C4H10(ブタン)が飽和炭化水素である。空間速度は60000/hとし、触媒入口ガス温度の昇温速度は30℃/分とした。
-Measurement of saturated HC purification rate and NOx purification rate-
A catalyst sample in which each of the 12 kinds of catalyst materials is supported on a cordierite honeycomb carrier (capacity: 25 mL; diameter: 25.4 mm, length: 50 mm) was prepared using a simulated exhaust gas flow reactor and an exhaust gas analyzer. Then, the saturation HC purification rate and NOx purification rate at the air-fuel ratio lean were measured. The composition of the simulated exhaust gas is as follows: O 2 = 9.6%, CO 2 = 0.56%, CO = 0.01%, H 2 = 1.0%, C 4 H 10 (butane) = 0.05% NO = 0.001%, H 2 O = 18.6%, and the remaining N 2 . In this case, C 4 H 10 (butane) is a saturated hydrocarbon. The space velocity was 60000 / h, and the temperature increase rate of the catalyst inlet gas temperature was 30 ° C./min.
−HC及びNOxの浄化特性について−
図3はリーン飽和HC浄化率の測定結果を示す。同図によれば、上記12種類の触媒材は、触媒入口ガス温度が200℃に達する前から飽和HCの浄化が始まり、400℃以下での活性が高いグループAと、上記ガス温度が300℃を越えた後に飽和HCの浄化が始まり、且つ400℃を越えた高温域での活性がグループAよりも高いグループBと、上記ガス温度が400℃付近から飽和HCの浄化が始まるグループCとに分けることができる。
-Purification characteristics of HC and NOx-
FIG. 3 shows the measurement result of the lean saturated HC purification rate. According to the figure, the above 12 types of catalyst materials begin to purify saturated HC before the catalyst inlet gas temperature reaches 200 ° C., and the group A has a high activity at 400 ° C. or lower, and the gas temperature is 300 ° C. Saturated HC purification begins after the temperature exceeds 400 ° C., and Group B has higher activity in the high temperature range exceeding 400 ° C. than Group A, and Group C begins to purify saturated HC from around 400 ° C. Can be divided.
グループAには、Pt担持CeZr系複合酸化物触媒材としてのPt/OSCI触媒材及びPt/OSCII触媒材、並びにPt担持アルミナ触媒材としてのPt/Al2O3触媒材及びPt/ZrLa−Al2O3触媒材が属し、グループBには、Rh担持CeZr系複合酸化物触媒材としてのRh/OSCI触媒材及びRh/OSCII触媒材、並びにPd担持アルミナ触媒材としてのPd/Al2O3触媒材及びPd/ZrLa−Al2O3触媒材が属し、グループCには、Pd担持CeZr系複合酸化物触媒材としてのPd/OSCI触媒材及びPd/OSCII触媒材、並びにRh担持アルミナ触媒材としてのRh/Al2O3触媒材及びRh/ZrLa−Al2O3触媒材が属する。 Group A includes Pt / OSCI and Pt / OSCII catalyst materials as Pt-supported CeZr-based composite oxide catalyst materials, and Pt / Al 2 O 3 catalyst materials and Pt / ZrLa-Al as Pt-supported alumina catalyst materials. 2 O 3 catalyst material belongs, and Group B includes Rh / OSCI catalyst material and Rh / OSC II catalyst material as Rh-supported CeZr-based composite oxide catalyst materials, and Pd / Al 2 O 3 as Pd-supported alumina catalyst material. Catalyst material and Pd / ZrLa—Al 2 O 3 catalyst material belong to group C, Pd / OSCI catalyst material and Pd / OSCII catalyst material as Pd-supported CeZr-based composite oxide catalyst material, and Rh-supported alumina catalyst material Rh / Al 2 O 3 catalyst material and Rh / ZrLa—Al 2 O 3 catalyst material as
図4乃至図7はリーンNO浄化率の測定結果を示す。グループAの触媒材をみると、Pt/Al2O3触媒材については350℃付近でNO浄化率の落ち込みが見られるものの(図6)、他の3種はいずれも低温域から高温域にわたる広い温度範囲で比較的高いNO浄化率を示している(図4,5,7参照)。特に、Pt/OSCI触媒材及びPt/OSCII触媒材のNOx浄化性能が高い。グループBの触媒材をみると、250℃〜500℃においてNO浄化率が比較的高くなる傾向がある。100℃〜200℃付近にNO浄化率の落ち込みが見られるのは、低温時に吸着したNOxの放出を生じているものと考えられる。グループCの触媒材をみると、300℃〜400℃付近にNO浄化率の落ち込みが見られ、これは低温側で吸着されたNOxの放出を生じているものと考えられる。また、グループAの触媒材はいずれも300℃以下でのNO浄化率がグループB,Cの触媒材よりも高くなっている。 4 to 7 show the measurement results of the lean NO purification rate. Looking at the group A catalyst material, the Pt / Al 2 O 3 catalyst material shows a decline in the NO purification rate around 350 ° C. (FIG. 6), but the other three types all range from the low temperature range to the high temperature range. It shows a relatively high NO purification rate over a wide temperature range (see FIGS. 4, 5 and 7). In particular, the NOx purification performance of the Pt / OSCI catalyst material and the Pt / OSCII catalyst material is high. Looking at the catalyst material of Group B, the NO purification rate tends to be relatively high at 250 to 500 ° C. A decrease in the NO purification rate in the vicinity of 100 ° C. to 200 ° C. is considered to be caused by the release of NOx adsorbed at low temperatures. Looking at the catalyst material of Group C, a decrease in the NO purification rate is observed around 300 ° C. to 400 ° C., which is considered to be caused by the release of NOx adsorbed on the low temperature side. Further, the NO purification rate at 300 ° C. or less for all the catalyst materials of group A is higher than that of the catalyst materials of groups B and C.
以上の飽和HC及びNOの浄化率データから、グループB,Cの飽和HCの浄化開始温度が高くなっているのは、グループB,Cの触媒金属Pd又はRhは、Ptに比べて、NOx浄化に関するライトオフ温度が高く、飽和HC浄化に有効な活性サイトに吸着したNOxが飽和HCの浄化を妨げているためと考えられる。そして、グループBの場合は、吸着NOxの放出が300℃付近で終了するために、飽和HCの浄化開始温度が300℃よりも高温側にずれ込み、グループCの場合は、吸着NOxの放出が400℃付近で終了するために、飽和HCの浄化開始温度がさらに高温側にずれ込んでいると考えられる。 From the saturated HC and NO purification rate data described above, the saturated HC purification start temperature of the groups B and C is higher than that of the catalytic metals Pd or Rh of the groups B and C compared to Pt. This is probably because NOx adsorbed on the active sites effective for saturated HC purification hinders the purification of saturated HC. In the case of group B, since the release of adsorbed NOx ends at around 300 ° C., the purification start temperature of saturated HC shifts to a higher temperature than 300 ° C., and in the case of group C, the release of adsorbed NOx is 400 It is considered that the saturation HC purification start temperature is shifted further to the higher temperature side because the process is completed at around 0 ° C.
これに対して、グループAでは、150℃以下の低温域でNOxの吸着を生じているものの、触媒金属Ptは、飽和HC存在下でのNOx浄化に関するライトオフ温度が比較的低く、そのために、吸着NOxが比較的早めに分解され、飽和HCの浄化開始温度が上述の如く低くなっていると考えられる。 On the other hand, in group A, although NOx adsorption occurs in a low temperature range of 150 ° C. or lower, the catalyst metal Pt has a relatively low light-off temperature for NOx purification in the presence of saturated HC. It is considered that the adsorbed NOx is decomposed relatively early and the purification start temperature of the saturated HC is lowered as described above.
上記12種類の触媒材の飽和HC浄化開始温度及びNO放出温度をまとめると、表1のようになる。 Table 1 summarizes the saturated HC purification start temperatures and NO release temperatures of the 12 types of catalyst materials.
<グループA〜Cの触媒材の理論空燃比付近での排気ガス浄化性能>
−グループAに係る触媒サンプル−
コージェライト製ハニカム担体(容量25mL;直径25.4mm,長さ50mm)に、グループAのPt/OSCI触媒材及びPt/Al2O3触媒材を、前者が上層に、後者が下層になるように担持させた触媒サンプルを調製した。担体1L当たりの担持量は、OSCI及びAl2O3いずれも50g/L、Ptは上層及び下層共に2.5g/L(トータルで5g/L)である。
<Exhaust gas purification performance near the theoretical air-fuel ratio of group A to C catalyst materials>
-Catalyst sample according to Group A-
Cordierite honeycomb carrier (
−グループBに係る触媒サンプル−
グループAに係る触媒サンプルと同じハニカム担体に、グループBのRh/OSCI触媒材及びPd/Al2O3触媒材を、前者が上層に、後者が下層になるように担持させた触媒サンプルを調製した。担体1L当たりの担持量は、OSCI及びAl2O3いずれも50g/L、上層のRhが1.0g/L、下層のPdが4g/L(トータルで5g/L)である。
-Catalyst sample according to Group B-
Prepare a catalyst sample in which Rh / OSCI catalyst material and Pd / Al 2 O 3 catalyst material of Group B are supported on the same honeycomb carrier as the catalyst sample of Group A so that the former is the upper layer and the latter is the lower layer. did. The supported amount per liter of the carrier is 50 g / L for both OSCI and Al 2 O 3 , 1.0 g / L for the upper layer Rh, and 4 g / L for the lower layer Pd (total of 5 g / L).
−グループCに係る触媒サンプル−
グループAに係る触媒サンプルと同じハニカム担体に、グループCのRh/Al2O3触媒材及びPd/OSCI触媒材を、前者が上層に、後者が下層になるように担持させた触媒サンプルを調製した。担体1L当たりの担持量は、OSCI及びAl2O3いずれも50g/L、上層のRhが1.0g/L、下層のPdが4g/L(トータルで5g/L)である。
-Catalyst sample according to Group C-
Prepare a catalyst sample in which Rh / Al 2 O 3 catalyst material and Pd / OSCI catalyst material of group C are supported on the same honeycomb carrier as the catalyst sample of group A so that the former is the upper layer and the latter is the lower layer. did. The supported amount per liter of the carrier is 50 g / L for both OSCI and Al 2 O 3 , 1.0 g / L for the upper layer Rh, and 4 g / L for the lower layer Pd (total of 5 g / L).
−排気ガス浄化性能の測定−
上記グループA〜Cの各触媒サンプルをモデル排気ガス流通反応装置にセットし、排気ガス浄化性能(ライトオフ温度T50及び排気ガス浄化率C400)を評価した。モデル排気ガスはA/F=14.7±0.9とした。すなわち、A/F=14.7のメインストリームガスを定常的に流しつつ、所定量の変動用ガスを1Hzでパルス状に添加することにより、A/Fを±0.9の振幅で強制的に振動させた。A/F=14.7、A/F=13.8及びA/F=15.6のときのガス組成を表2に示す。また、空間速度SVは60000/h、昇温速度は30℃/分とした。
−Measurement of exhaust gas purification performance−
Each catalyst sample of the above groups A to C was set in a model exhaust gas flow reactor, and the exhaust gas purification performance (light-off temperature T50 and exhaust gas purification rate C400) was evaluated. The model exhaust gas was A / F = 14.7 ± 0.9. That is, the A / F is forced at an amplitude of ± 0.9 by adding a predetermined amount of fluctuation gas in a pulse form at 1 Hz while constantly flowing the main stream gas of A / F = 14.7. Vibrated. Table 2 shows the gas composition when A / F = 14.7, A / F = 13.8 and A / F = 15.6. The space velocity SV was 60000 / h, and the temperature elevation rate was 30 ° C./min.
ライトオフ温度T50は、モデル排気ガス温度の上昇により、触媒下流で検出されるガスの各成分(HC及びNO)濃度が、触媒に流入するガスの各成分(HC及びNO)濃度の半分になった時点(すなわち浄化率が50%になった時点)の触媒入口ガス温度である。排気ガス浄化率C400は、触媒入口でのモデル排気ガス温度が400℃であるときのガスの各成分(HC及びNO)の浄化率である。T50の結果を図8に示し、C400の結果を図9に示す。 In the light-off temperature T50, as the model exhaust gas temperature rises, the concentration of each component (HC and NO) of the gas detected downstream of the catalyst becomes half of the concentration of each component (HC and NO) of the gas flowing into the catalyst. This is the catalyst inlet gas temperature at the time (that is, when the purification rate reaches 50%). The exhaust gas purification rate C400 is the purification rate of each component (HC and NO) of the gas when the model exhaust gas temperature at the catalyst inlet is 400 ° C. The result of T50 is shown in FIG. 8, and the result of C400 is shown in FIG.
ライトオフ温度T50(図8)をみると、グループBが最も良く、これにグループC及びグループAが順に続いている。排気ガス浄化率C400(図9)に関しても、グループBが最も良く、これにグループC及びグループAが順に続いている。 Looking at the light-off temperature T50 (FIG. 8), group B is the best, followed by group C and group A in sequence. Regarding the exhaust gas purification rate C400 (FIG. 9), group B is the best, followed by group C and group A in order.
<第一触媒・第二触媒の構成及び排気ガスの流通路制御>
上記グループA〜Cの触媒材についての性能評価結果を踏まえ、第一通路22に配置する第一触媒24には、上記グループAの触媒材を採用し、第二通路23に配置する第二触媒25には、上記グループB及びグループC(但し、Pd/OSCI触媒材、Pd/OSCII触媒材及びRh/Al 2 O 3 触媒材)から選ばれる少なくとも1種の触媒材を採用するものである。
<Configuration of first catalyst and second catalyst and flow path control of exhaust gas>
Based on the performance evaluation results for the group A to C catalyst materials, the first catalyst 24 disposed in the
好ましい実施形態は、第二触媒25を、グループBのアルミナ系サポート材にPdを担持させてなるPd/Al2O3触媒材及びPd/ZrLa−Al2O3触媒材の少なくとも一方と、OSC系サポート材にRhを担持させてなるRh/OSCI触媒材及びRh/OSCII触媒材の少なくとも一方とを組み合わせる(前者を下層とし、後者を上層とする層状構造)ことである。或いは、第二触媒25を、グループBのPd系触媒材とグループCのRh/Al 2 O 3 触媒材との組み合わせ、又はグループBのRh系触媒材とグループCのPd系触媒材との組み合わせとすることも好ましい実施形態である(Pd系触媒材を下層とし、Rh系触媒材を上層とする)。
In a preferred embodiment, the
第二触媒25にグループCの触媒材のみを採用する場合においても、Pd系触媒材を下層とし、Rh/Al 2 O 3 触媒材を上層とすることが好ましい。
Even when only the group C catalyst material is employed for the
そうして、エンジン1に使用する燃料の種類、温度センサ27で検出される排気ガス温度、並びに酸素センサ28によって得られる排気ガスの空燃比に応じて、制御手段46により、流量制御弁26を制御するようにした。
Then, according to the type of fuel used in the engine 1, the exhaust gas temperature detected by the
図10は当該制御の態様を示すフロー図である。スタート後のステップS1において、エンジン1の使用燃料が水素のみであるか否かを判定する。燃料として水素のみを使用しているときはステップS2に進み、排気ガスが所定温度以下か否かを判定する。この所定温度は、第一触媒24と第二触媒25とに使用する触媒材の飽和HC浄化の温度特性に基いて、第一触媒24の飽和HC浄化率と第二触媒25の飽和HC浄化率とが同一になる温度に設定する。例えば、第二触媒25にグループBの触媒材を採用する場合は、所定温度を400℃付近に設定すればよく、第二触媒25にグループCの触媒材を採用する場合は、所定温度を500℃付近に設定すればよい。
FIG. 10 is a flowchart showing the control mode. In step S1 after the start, it is determined whether or not the fuel used in the engine 1 is only hydrogen. When only hydrogen is used as the fuel, the process proceeds to step S2, and it is determined whether or not the exhaust gas is equal to or lower than a predetermined temperature. This predetermined temperature is based on the temperature characteristics of the saturated HC purification of the catalyst material used for the first catalyst 24 and the
ステップS2において排気ガス温度が所定温度以下であると判定されたときはステップS3に進んで、排気ガスの全量が第一通路22に流入するように流量制御弁26を制御する。ステップS2において排気ガス温度が所定温度よりも高いと判定されたときはステップS4に進んで、排気ガスの一部が第二通路23に流入するように流量制御弁26を制御する。この場合、排気ガス温度が高くなるに従って、第二通路23に流入する排気ガス流量が増大するように、流量制御弁26を制御する。なお、ステップS4に進むための条件である上記所定温度は、第二通路23に排気ガスを流し始める時点では、第二触媒25が前記400℃又は500℃には達していない場合があるので、これよりも、数十℃高い(例えば50℃程度高い)温度に設定されてもよい。
When it is determined in step S2 that the exhaust gas temperature is equal to or lower than the predetermined temperature, the flow proceeds to step S3 and the
ステップS1においてエンジン1の使用燃料が水素のみではないときはステップS5に進み、排気ガスの空燃比がリーンであるか否かを判定する。その空燃比がリーンであるときは、燃料として水素とガソリンとが併用されているときであり、このときは水素ステップS2に進み、燃料として水素のみを使用している場合と同様に流量制御弁26による排気ガスの流通路制御を行なう。上記空燃比がリーンでないときは、すなわち、燃料としてガソリンのみを使用するストイキ運転であり、このときはステップS6に進み、排気ガスの全量が第二通路23に流入するように流量制御弁26を制御する。
When the fuel used in the engine 1 is not only hydrogen in step S1, the process proceeds to step S5, and it is determined whether or not the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean. The air-fuel ratio is lean when hydrogen and gasoline are used together as fuel. At this time, the flow proceeds to hydrogen step S2, and the flow rate control valve is the same as when only hydrogen is used as fuel. 26 is used to control the exhaust gas flow path. When the air-fuel ratio is not lean, that is, stoichiometric operation using only gasoline as fuel, the process proceeds to step S6, and the flow
以上の構成において、エンジン1が燃料として水素のみを使用してリーンバーン運転されるとき、或いは燃料として水素とガソリンとを併用してリーンバーン運転されるときは、燃焼室温度が低い。このため、キャニスタ15から吸気通路35に蒸発燃料がパージされたとき、その蒸発燃料は燃焼室で完全に燃焼せず、排気通路に排出されるHC量が多くなる。そのときは排気ガス温度も低い。
In the above configuration, when the engine 1 is lean-burned using only hydrogen as fuel, or when lean-burning is performed using both hydrogen and gasoline as fuel, the combustion chamber temperature is low. For this reason, when the evaporated fuel is purged from the canister 15 to the
これに対して、上記好ましい実施形態では、上記リーンバーン運転において排気ガス温度が所定温度(例えば400℃)以下であるときは、排気ガスの全量が第一通路22に流入する。この第一通路22に設けられた第一触媒24には、図3に示す、低温での飽和HC浄化率が高いグループAの触媒材が採用されているから、上記蒸発燃料に因る排気ガス中の飽和HCは、このグループAの触媒材によって効率良く浄化され、この蒸発燃料に因るHCが未浄化のまま大気中に排出される量が少なくなる。また、グループAの触媒材は低温でのNOx浄化率も比較的高いから、NOxの大気中への排出も抑制される。
On the other hand, in the preferred embodiment, when the exhaust gas temperature is equal to or lower than a predetermined temperature (for example, 400 ° C.) in the lean burn operation, the entire amount of exhaust gas flows into the
上記リーンバーン運転において、排気ガス温度が所定温度を越えて高くなると、排気ガスの一部が第二通路23に流入する。この第二通路23に設けられている第二触媒25には、図3に示す、高温での飽和HC浄化率が高いグループBの触媒材が採用されているから、上述の蒸発燃料に因るHCが未浄化のまま大気中に排出されることを抑制する上で有利になる。また、排気ガス温度が上記所定温度を超えて上昇するに従って、第二通路23への排気ガス流入量が増大するから、上記蒸発燃料によるHCの浄化にさらに有利になる。また、排気ガスは第一通路22にも流入するから、グループAの触媒材によるNOxの浄化も図れる。
In the lean burn operation, when the exhaust gas temperature exceeds a predetermined temperature, a part of the exhaust gas flows into the
第二触媒25にグループCの触媒材(但し、Pd/OSCI触媒材,Pd/OSCII触媒材,Rh/Al 2 O 3 触媒材)のみを採用する場合においても、所定温度を500℃付近に設定すれば、第二触媒25にグループBの触媒材を採用する場合と同様の効果が得られる。
Even when only the Group C catalyst material (however, Pd / OSCI catalyst material, Pd / OSCII catalyst material, Rh / Al 2 O 3 catalyst material) is adopted as the
一方、エンジン1がガソリンを燃料としてストイキ運転されるときは、排気ガスの全量が第二通路23に流入する。この第二通路23の第二触媒25には、グループB及びグループC(但し、Pd/OSCI触媒材、Pd/OSCII触媒材及びRh/Al 2 O 3 触媒材)の中から選ばれるPd系触媒材とRh系触媒材とが組み合わせて採用されているから、排気ガスはこの第二触媒25によって効率良く浄化される。第二触媒25にグループCの触媒材(但し、Pd/OSCI触媒材,Pd/OSCII触媒材,Rh/Al 2 O 3 触媒材)のみを採用する場合においても、グループAの触媒材によってストイキ運転の排気ガスを浄化する場合に比べれば、該排気ガスを効率良く浄化することができる。
On the other hand, when the engine 1 is stoichiometrically operated using gasoline as fuel, the entire amount of exhaust gas flows into the
なお、上記実施形態のエンジンはロータリーピストンエンジンであるが、本発明はこれに限定するものではなく、レシプロエンジンであってもよい。 In addition, although the engine of the said embodiment is a rotary piston engine, this invention is not limited to this, A reciprocating engine may be sufficient.
また、上記実施形態はシリーズハイブリッド自動車に係るものであるが、パラレルハイブリッド自動車やシリーズパラレルハイブリッド自動車、さらには、モータによらず、エンジンのみで駆動される自動車にも本発明は適用することができる。 Moreover, although the said embodiment concerns a series hybrid vehicle, this invention is applicable also to a parallel hybrid vehicle, a series parallel hybrid vehicle, and the motor vehicle driven only by an engine irrespective of a motor. .
1 エンジン
2 モータ
3 ガソリン燃料タンク
4 水素燃料タンク
6 ジェネレータ(発電機)
15 キャニスタ
16 蒸発燃料通路
17 パージ通路
21 排気通路
22 第一通路
23 第二通路
24 第一触媒
25 第二触媒
1
15
Claims (4)
上記ガソリンを含む燃料を貯蔵する燃料タンク内に発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該キャニスタに吸着された蒸発燃料をエンジンの吸気系にパージするパージ通路とを有し、
上記エンジンの排気通路は第一通路と第二通路とに分岐し、第一通路に第一触媒が配置され、第二通路に第二触媒が配置され、
上記第一触媒は、アルミナ系サポート材にPtを担持してなるPt担持アルミナと、CeZr系複合酸化物サポート材にPtを担持してなるPt担持CeZr系複合酸化物とからなるグループより選ばれる少なくとも1種を含み、
上記第二触媒は、アルミナ系サポート材にPdを担持してなるPd担持アルミナと、CeZr系複合酸化物サポート材にRhを担持してなるRh担持CeZr系複合酸化物と、活性アルミナ粒子にRhを担持してなるRh担持アルミナと、CeZr系複合酸化物サポート材にPdを担持してなるPd担持CeZr系複合酸化物とからなるグループより選ばれる少なくとも1種を含み、
上記ガソリンを含む燃料及び水素燃料のうち、少なくとも水素燃料が使用されて上記エンジンがリーンバーン運転され、且つ排気ガスの温度が所定温度以下であるときは、上記排気ガスが上記第一通路に優先的に流入するように、上記リーンバーン運転時において、上記排気ガスの温度が上記所定温度よりも高いときは、上記排気ガスが上記第一通路及び上記第二通路に流入し且つ該排気ガス温度が高くなるほど上記第二通路に流入する排気ガス流量が増大するように、上記ガソリンを含む燃料が使用されて上記エンジンがストイキ運転されているときは、上記排気ガスが上記第二通路に優先的に流入するように、上記第一通路及び第二通路に流入する排気ガス流量を制御する制御手段を備えていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。 An exhaust gas purifying device for an engine in which an operation using fuel including gasoline and an operation using hydrogen fuel are performed,
A canister that adsorbs the evaporated fuel generated in a fuel tank that stores the fuel containing gasoline, and a purge passage that purges the evaporated fuel adsorbed by the canister to the intake system of the engine;
The engine exhaust passage branches into a first passage and a second passage, the first catalyst is disposed in the first passage, the second catalyst is disposed in the second passage,
The first catalyst is selected from the group consisting of Pt-supported alumina in which Pt is supported on an alumina-based support material, and Pt-supported CeZr-based composite oxide in which Pt is supported on a CeZr-based composite oxide support material. Including at least one species,
The second catalyst includes Pd-supported alumina in which Pd is supported on an alumina support material, Rh-supported CeZr-based composite oxide in which Rh is supported on a CeZr-based composite oxide support material, and Rh on active alumina particles . hints and Rh supported alumina obtained by carrying, at least one selected from the group consisting of Pd supported CeZr-based mixed oxide obtained by supporting Pd on CeZr-based mixed oxide support material,
Of the fuel containing gasoline and hydrogen fuel, at least hydrogen fuel is used, the engine is lean burned, and the temperature of the exhaust gas is below a predetermined temperature, the exhaust gas has priority over the first passage. In the lean burn operation, when the temperature of the exhaust gas is higher than the predetermined temperature, the exhaust gas flows into the first passage and the second passage and the exhaust gas temperature When the engine is stoichiometrically operated using the fuel containing gasoline so that the flow rate of the exhaust gas flowing into the second passage increases as the value of the exhaust gas increases , the exhaust gas is given priority to the second passage. Engine exhaust gas purification comprising control means for controlling the flow rate of exhaust gas flowing into the first passage and the second passage so as to flow into the first passage Location.
上記第二触媒は、上記Pd担持アルミナ及びRh担持CeZr系複合酸化物より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。 In claim 1,
The engine exhaust gas purification apparatus, wherein the second catalyst is at least one selected from the Pd-supported alumina and the Rh-supported CeZr-based composite oxide.
上記第二触媒は、上記Pd担持アルミナ又は上記Pd担持CeZr系複合酸化物が下層となり、上記Rh担持アルミナ又は上記Rh担持CeZr系複合酸化物が上層となるように担体に担持されてなることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。 In claim 1 or claim 2,
The second catalyst is supported on a carrier such that the Pd-supported alumina or the Pd-supported CeZr-based composite oxide is a lower layer, and the Rh-supported alumina or the Rh-supported CeZr-based composite oxide is an upper layer. An exhaust gas purification device for an engine that is characterized.
上記エンジンは、電気モータで駆動することができるハイブリッド車両に搭載され、上記電気モータのための発電機の駆動に用いられることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。 In any one of Claim 1 thru | or 3,
The engine is mounted on a hybrid vehicle that can be driven by an electric motor, and is used for driving a generator for the electric motor.
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