JP5254845B2 - Exhaust purification device - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関(以下、エンジンという)の排気浄化装置に関する。特に、NOx浄化触媒およびパティキュレートフィルタを備えた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 (hereinafter referred to as an engine). In particular, the present invention relates to an exhaust purification device including a NOx purification catalyst and a particulate filter.
なお、本発明において、「リッチ」という用語は、空気/燃料比率(以下、空燃比という)が化学量論的な空燃比よりも小さいことを意味し、「リーン」という用語は、空燃比が上述の化学量論的な空燃比よりも大きいことを意味する。 In the present invention, the term “rich” means that the air / fuel ratio (hereinafter referred to as air-fuel ratio) is smaller than the stoichiometric air-fuel ratio, and the term “lean” means that the air-fuel ratio is Means greater than the stoichiometric air-fuel ratio described above.
従来より、希薄燃焼エンジンにおいては、排気中に含まれるNOxと粒子状物質(以下、PMという)の浄化が課題とされている。例えば、NOxとPMの浄化を目的として、リーン側でNOxを吸蔵し、吸蔵したNOxをリッチ側で浄化するNOx浄化触媒と、PMを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、DPFという)とを排気通路内に順次配置した排気浄化装置が開示されている(特許文献1参照)。 Conventionally, in a lean combustion engine, purification of NOx and particulate matter (hereinafter referred to as PM) contained in exhaust gas has been a problem. For example, for the purpose of purifying NOx and PM, a NOx purifying catalyst that stores NOx on the lean side and purifies the stored NOx on the rich side, and a diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF) that collects PM. An exhaust emission control device that is sequentially disposed in an exhaust passage is disclosed (see Patent Document 1).
特許文献1によれば、低温時にNOx浄化触媒にNOxを吸蔵し、吸蔵したNOxを高温時にNO2として放出することにより、下流側のDPFにNO2を供給できる結果、DPFに堆積したPMを低温燃焼させることができるとされている。
しかしながら、低温時にNOxの吸蔵がない場合には、下流側のDPFにNO2を供給することができないため、PMを低温燃焼させることができない。また、NOx浄化触媒は硫黄の除去、DPFはPMの燃焼除去が必要不可欠であり、これらの再生処理を可能な限り効率的に行うことが望まれる。
According to
However, when NOx is not occluded at low temperatures, NO 2 cannot be supplied to the downstream DPF, and therefore PM cannot be combusted at low temperatures. In addition, it is indispensable to remove sulfur for the NOx purification catalyst and combustion removal of PM for the DPF, and it is desirable to perform these regeneration processes as efficiently as possible.
そこで、NOx浄化触媒およびDPFの再生を同時に実行できるようにして、トータルの再生時間を短縮し、燃費の悪化を防止する技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。 In view of this, a technology has been disclosed in which the regeneration of the NOx purification catalyst and the DPF can be performed simultaneously to shorten the total regeneration time and prevent the deterioration of fuel consumption (for example, see Patent Document 2).
しかしながら、特許文献2の排気浄化装置では、DPFの前に空気導入口を設ける必要があるうえ、空気導入時期の制御機構が必要になるなど、システムが複雑化して期待される効果が得られない。
従って、NOx浄化触媒の硫黄除去とDPFのPM燃焼除去を、同時に効率良く行うことができる排気浄化装置が求められている。
However, in the exhaust purification device of Patent Document 2, it is necessary to provide an air introduction port before the DPF, and a control mechanism for the air introduction timing is required, so that the system does not have the expected effects due to complexity. .
Therefore, there is a need for an exhaust purification device that can efficiently and efficiently simultaneously remove sulfur from the NOx purification catalyst and PM combustion removal from the DPF.
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、NOx浄化触媒およびパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置であって、NOx浄化触媒の硫黄除去とDPFのPM燃焼除去を、同時に効率良く実行できる排気浄化装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is an exhaust purification device including a NOx purification catalyst and a particulate filter, which removes sulfur from the NOx purification catalyst and PM combustion removal from the DPF. Another object of the present invention is to provide an exhaust emission control device that can be efficiently executed at the same time.
上記目的を達成するため請求項1記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、リーンとリッチを繰り返すことによりNOxを浄化するNOx浄化触媒(2)と、前記排気通路のうち前記NOx浄化触媒の下流側に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ(3)と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記NOx浄化触媒は、リーン側で酸素を吸蔵し、吸蔵した酸素をリッチ側で放出する酸素吸蔵放出材を有し、前記排気浄化装置は、前記NOx浄化触媒に流入する排気の排気空燃比を、リーン側からリッチ側にリッチ化制御することにより、前記NOx浄化触媒に捕捉された硫黄分を浄化するとともに、前記パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを浄化する再生処理を実行する再生手段(51)を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an invention according to
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の排気浄化装置において、前記リッチ化制御時における前記NOx浄化触媒に流入する排気の目標空燃比として、第1目標空燃比を設定する第1目標空燃比設定手段(52)をさらに備え、前記再生手段は、前記NOx浄化触媒に流入する排気の排気空燃比が、前記第1目標空燃比に一致するように前記排気空燃比を制御することにより、前記再生処理を実行することを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the exhaust gas purification apparatus according to
請求項3記載の発明は、請求項2に記載の排気浄化装置において、前記第1目標空燃比設定手段は、前記NOx浄化触媒の温度、前記NOx浄化触媒に流入する排気の温度、前記NOx浄化触媒に流入する排気の流量、および前記NOx浄化触媒の劣化度合のうち少なくともいずれか1つに基づいて、前記第1目標空燃比を設定することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the exhaust purification device according to the second aspect, the first target air-fuel ratio setting means includes a temperature of the NOx purification catalyst, a temperature of exhaust flowing into the NOx purification catalyst, and the NOx purification. The first target air-fuel ratio is set based on at least one of a flow rate of exhaust gas flowing into the catalyst and a degree of deterioration of the NOx purification catalyst.
請求項4記載の発明は、請求項3に記載の排気浄化装置において、前記NOx浄化触媒の劣化度合を、前記内燃機関の燃料噴射量の積算値に基づいて推定する触媒劣化度合推定手段(54)をさらに備え、前記第1目標空燃比設定手段は、前記触媒劣化度合推定手段により推定された前記NOx浄化触媒の劣化度合が大きいほど、前記第1目標空燃比を高く設定することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus according to the third aspect, a catalyst deterioration degree estimating means (54) for estimating the deterioration degree of the NOx purification catalyst based on an integrated value of the fuel injection amount of the internal combustion engine. ), And the first target air-fuel ratio setting means sets the first target air-fuel ratio higher as the deterioration degree of the NOx purification catalyst estimated by the catalyst deterioration degree estimation means is larger. To do.
請求項5記載の発明は、請求項2から4いずれかに記載の排気浄化装置において、前記リッチ化制御時における前記NOx浄化触媒に流入する排気の目標空燃比として、前記第1目標空燃比より低い第2目標空燃比を設定する第2目標空燃比設定手段(52)と、前記パティキュレートフィルタに流入する排気の排気空燃比が所定の閾値を下回った場合には、前記目標空燃比を前記第1目標空燃比から前記第2目標空燃比に切り替える切替手段(55)と、をさらに備え、前記再生手段は、前記切替手段により前記目標空燃比が前記第2目標空燃比に切り替わったときには、前記NOx浄化触媒に流入する排気の排気空燃比が、前記第2目標空燃比に一致するように前記排気空燃比を制御することにより、前記再生処理を実行することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the exhaust emission control device according to any one of the second to fourth aspects, the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst during the enrichment control is greater than the first target air-fuel ratio. Second target air-fuel ratio setting means (52) for setting a low second target air-fuel ratio, and when the exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter falls below a predetermined threshold, the target air-fuel ratio is Switching means (55) for switching from the first target air-fuel ratio to the second target air-fuel ratio, and the regeneration means, when the target air-fuel ratio is switched to the second target air-fuel ratio by the switching means, The regeneration process is executed by controlling the exhaust air / fuel ratio so that the exhaust air / fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst coincides with the second target air / fuel ratio. To.
請求項6記載の発明は、請求項5に記載の排気浄化装置において、前記第2目標空燃比設定手段は、前記NOx浄化触媒の温度、前記NOx浄化触媒に流入する排気の温度、前記NOx浄化触媒に流入する排気の流量、および前記NOx浄化触媒の劣化度合のうち少なくともいずれか1つに基づいて、前記第2目標空燃比を設定することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the exhaust purification apparatus according to the fifth aspect, the second target air-fuel ratio setting means includes a temperature of the NOx purification catalyst, a temperature of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst, and the NOx purification. The second target air-fuel ratio is set based on at least one of the flow rate of exhaust gas flowing into the catalyst and the degree of deterioration of the NOx purification catalyst.
請求項7記載の発明は、請求項6に記載の排気浄化装置において、前記NOx浄化触媒の劣化度合を、前記内燃機関の燃料噴射量の積算値に基づいて推定する触媒劣化度合推定手段をさらに備え、前記第2目標空燃比設定手段は、前記触媒劣化度合推定手段により推定された前記NOx浄化触媒の劣化度合が大きいほど、前記第2目標空燃比を高く設定することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, the exhaust gas purification apparatus according to the sixth aspect further comprises a catalyst deterioration degree estimating means for estimating the deterioration degree of the NOx purification catalyst based on an integrated value of the fuel injection amount of the internal combustion engine. And the second target air-fuel ratio setting means sets the second target air-fuel ratio higher as the deterioration degree of the NOx purification catalyst estimated by the catalyst deterioration degree estimating means is larger.
請求項8記載の発明は、請求項6または7に記載の排気浄化装置において、前記第2目標空燃比設定手段は、前記NOx浄化触媒の温度が高いほど、前記第2目標空燃比を低く設定することを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the exhaust purification apparatus according to claim 6 or 7, wherein the second target air-fuel ratio setting means sets the second target air-fuel ratio lower as the temperature of the NOx purification catalyst is higher. It is characterized by doing.
請求項9記載の発明は、請求項1から8いずれかに記載の排気浄化装置において、前記排気浄化装置は、前記NOx浄化触媒に流入する排気の排気空燃比または前記パティキュレートフィルタに流入する排気の排気空燃比が低いほど、前記再生処理の時間を短く設定する再生処理時間設定手段(56)をさらに備えることを特徴とする。
The invention according to claim 9 is the exhaust purification device according to any one of
請求項10記載の発明は、請求項1から9いずれかに記載の排気浄化装置において、前記NOx浄化触媒は、貴金属および酸化セリウム系材料を含む第1触媒層を備えることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus according to any one of the first to ninth aspects, the NOx purification catalyst includes a first catalyst layer containing a noble metal and a cerium oxide-based material.
請求項11記載の発明は、請求項10に記載の排気浄化装置において、前記NOx浄化触媒は、NH3吸着材としてのゼオライトを含む第2触媒層をさらに備えることを特徴とする。
The invention according to claim 11 is the exhaust purification apparatus according to
請求項12記載の発明は、請求項11に記載の排気浄化装置において、前記NOx浄化触媒は、前記第2触媒層が前記第1触媒層上に設けられていることを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus according to the eleventh aspect, the NOx purification catalyst is characterized in that the second catalyst layer is provided on the first catalyst layer.
請求項13記載の発明は、請求項1から12いずれかに記載の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタには、捕集したパティキュレートを燃焼するための燃焼触媒が担持されていることを特徴とする。 A thirteenth aspect of the present invention is the exhaust gas purification apparatus according to any one of the first to twelfth aspects, wherein the particulate filter carries a combustion catalyst for burning the collected particulates. And
請求項14記載の発明は、請求項13に記載の排気浄化装置において、前記燃焼触媒は、酸素吸蔵放出能を有する複合酸化物にAgを担持してなることを特徴とする。
The invention according to
請求項15記載の発明は、請求項1から14いずれかに記載の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタには、排気中に含まれるNOをNO2に変換するNO2生成触媒が担持されていることを特徴とする。
The invention of
請求項16記載の発明は、請求項15に記載の排気浄化装置において、前記NO2生成触媒は、Pt、Pd、およびRhのうち少なくともいずれか1つの元素が、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、ジルコニア、およびセリアのうち少なくともいずれか1つの担体に担持されてなることを特徴とする。 According to a sixteenth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus according to the fifteenth aspect, the NO 2 generation catalyst is such that at least one element of Pt, Pd, and Rh is alumina, silica, silica alumina, zirconia. , And ceria, and is supported on at least one carrier.
請求項1記載の排気浄化装置は、酸素吸蔵放出材を有するNOx浄化触媒を備え、リッチ化制御により、NOx浄化触媒に捕捉された硫黄分を浄化するとともに、パティキュレートフィルタに捕集されたPMを浄化する再生手段を含んで構成した。これにより、NOx浄化触媒に流入する排気空燃比をリッチ化することで、NOx浄化触媒上ではリッチを実現しつつ、パティキュレートフィルタに流入する排気の空燃比をリーンにすることができる。このため、NOx浄化触媒の硫黄除去とパティキュレートフィルタに捕集されたPMの燃焼除去を同時に実行することができる。従って、硫黄除去およびPM燃焼除去に要するエネルギーを削減でき、燃費の悪化を軽減できる。
The exhaust emission control device according to
請求項2記載の排気浄化装置は、リッチ化制御時の目標空燃比として第1目標空燃比を設定する第1目標空燃比設定手段を備えるとともに、設定された第1目標空燃比に一致するように再生処理を実行する再生手段を含んで構成した。これにより、排気空燃比を目標通りに制御できるため、請求項1の効果がより確実に奏される。
According to a second aspect of the present invention, the exhaust emission control device includes first target air-fuel ratio setting means for setting the first target air-fuel ratio as a target air-fuel ratio at the time of enrichment control, and matches the set first target air-fuel ratio. Includes a reproducing means for executing a reproducing process. As a result, the exhaust air-fuel ratio can be controlled as desired, so that the effect of
請求項3記載の排気浄化装置は、NOx浄化触媒の温度、NOx浄化触媒に流入する排気の温度、NOx浄化触媒に流入する排気の流量、およびNOx浄化触媒の劣化度合のうち少なくともいずれか1つに基づいて第1目標空燃比を設定する第1目標空燃比設定手段を含んで構成した。これにより、NOx浄化触媒の酸素吸蔵能(OSC)に応じて、NOx浄化触媒に流入する排気空燃比を設定できるため、硫黄の除去とPMの燃焼除去をより効率良く実行でき、燃費の悪化をより軽減できる。 According to a third aspect of the present invention, at least one of the temperature of the NOx purification catalyst, the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst, the flow rate of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst, and the degree of deterioration of the NOx purification catalyst. And a first target air-fuel ratio setting means for setting the first target air-fuel ratio based on the above. As a result, the exhaust air / fuel ratio flowing into the NOx purification catalyst can be set in accordance with the oxygen storage capacity (OSC) of the NOx purification catalyst, so that sulfur removal and PM combustion removal can be executed more efficiently, and fuel consumption deteriorates. It can be reduced more.
請求項4記載の排気浄化装置は、触媒劣化度合推定手段を備えるとともに、触媒劣化度合推定手段により推定されたNOx浄化触媒の劣化度合が大きいほど、第1目標空燃比を高く設定する第1目標空燃比設定手段を含んで構成した。これにより、NOx浄化触媒の劣化度合を正確に推定することができ、硫黄除去とPM燃焼除去中において酸素を過不足なく供給することができる。このため、酸素不足によるPM燃焼効率の低下や、酸素過多による硫黄除去効率の低下を回避できる。また、NOx浄化触媒の劣化が進行し、OSCが少なくなった場合に、リッチ化制御時の目標空燃比である第1目標空燃比を高く設定することにより、パティキュレートフィルタに流入する排気の空燃比がストイキ以下となってPM燃焼効率が低下する不具合を回避できる。
The exhaust emission control device according to
請求項5記載の排気浄化装置は、目標空燃比として第1目標空燃比より低い第2目標空燃比を設定する第2目標空燃比設定手段と、パティキュレートフィルタに流入する排気の排気空燃比が所定の閾値を下回った場合には、目標空燃比を第1目標空燃比から第2目標空燃比に切り替える切替手段と、を含んで構成した。これにより、パティキュレートフィルタに流入する排気の排気空燃比が所定の閾値を下回った場合には、目標空燃比がより低く設定されるため、NOx浄化触媒の硫黄除去を早期に完了させることができ、燃費の悪化をより軽減できる。
The exhaust emission control device according to
請求項6記載の排気浄化装置は、NOx浄化触媒の温度、NOx浄化触媒に流入する排気の温度、NOx浄化触媒に流入する排気の流量、およびNOx浄化触媒の劣化度合のうち少なくともいずれか1つに基づいて第2目標空燃比を設定する第2目標空燃比設定手段を含んで構成した。これにより、NOx浄化触媒の酸素吸蔵能(OSC)に応じて、硫黄除去とPM燃焼除去の最中で目標空燃比を切り替える際に、NOx浄化触媒へ流入する酸素濃度を調節できる。このため、常に酸素不足によるPM燃焼効率の低下や、酸素過多による硫黄除去効率の低下を回避できる。 The exhaust purification device according to claim 6 is at least one of the temperature of the NOx purification catalyst, the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst, the flow rate of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst, and the degree of deterioration of the NOx purification catalyst. And a second target air-fuel ratio setting means for setting a second target air-fuel ratio based on the above. Thereby, the oxygen concentration flowing into the NOx purification catalyst can be adjusted when the target air-fuel ratio is switched during sulfur removal and PM combustion removal in accordance with the oxygen storage capacity (OSC) of the NOx purification catalyst. For this reason, it is possible to always avoid a decrease in PM combustion efficiency due to lack of oxygen and a decrease in sulfur removal efficiency due to excessive oxygen.
請求項7記載の排気浄化装置は、触媒劣化度合推定手段を備えるとともに、触媒劣化度合推定手段により推定されたNOx浄化触媒の劣化度合が大きいほど、第2目標空燃比を高く設定する第2目標空燃比設定手段を含んで構成した。これにより、請求項4記載の発明と同様に、酸素不足によるPM燃焼効率の低下や、酸素過多による硫黄除去効率の低下を回避できる。また、パティキュレートフィルタに流入する排気の空燃比がストイキ以下となってPM燃焼効率が低下する不具合を回避できる。
The exhaust purification device according to claim 7 includes a catalyst deterioration degree estimating means, and a second target air-fuel ratio that is set higher as the NOx purification catalyst deterioration degree estimated by the catalyst deterioration degree estimating means is larger. An air-fuel ratio setting means is included. Thereby, similarly to the invention described in
請求項8記載の排気浄化装置は、NOx浄化触媒の温度が高いほど、第2目標空燃比を低く設定する第2目標空燃比設定手段を含んで構成した。これにより、NOx浄化触媒の温度が高くなった場合に、第2目標空燃比が低く設定されるため、単位時間あたりに放出される硫黄分の量を増加させることができる結果、硫黄除去をより早期に完了させることができ、燃費の悪化をより軽減できる。 The exhaust emission control device according to claim 8 includes second target air-fuel ratio setting means for setting the second target air-fuel ratio lower as the temperature of the NOx purification catalyst is higher. As a result, when the temperature of the NOx purification catalyst becomes high, the second target air-fuel ratio is set low, so that the amount of sulfur released per unit time can be increased, resulting in more sulfur removal. It can be completed early, and the deterioration of fuel consumption can be further reduced.
請求項9記載の排気浄化装置は、NOx浄化触媒に流入する排気の排気空燃比またはパティキュレートフィルタに流入する排気の排気空燃比が低いほど、再生処理の時間を短く設定する再生処理時間設定手段を含んで構成した。これにより、硫黄除去中にNOx浄化触媒で単位時間あたり消費される還元剤が多いほど、硫黄除去時間が短縮されるため、燃費の悪化をより軽減できる。 The exhaust purification device according to claim 9 is a regeneration processing time setting means for setting the regeneration processing time to be shorter as the exhaust air / fuel ratio of the exhaust flowing into the NOx purification catalyst or the exhaust air / fuel ratio of the exhaust flowing into the particulate filter is lower. Constructed including. As a result, the more the reducing agent consumed per unit time by the NOx purification catalyst during sulfur removal, the shorter the sulfur removal time, so that the fuel consumption can be further reduced.
請求項10記載の排気浄化装置は、貴金属および酸化セリウム系材料を含む第1触媒層を備えるNOx浄化触媒を含んで構成した。これにより、酸化セリウム系材料の低温でのNOx吸着能力により、始動直後やアイドル時などの低温状態であっても、高いNOx浄化性能が発揮される。また、NOx浄化触媒のOSCが飛躍的に高まるため、硫黄除去とPM燃焼除去を同時に実行できる時間が長くなる結果、再生処理に要するトータルの時間を短縮できる。
The exhaust emission control device according to
請求項11記載の排気浄化装置は、NH3吸着材としてのゼオライトを含む第2触媒層を備えるNOx浄化触媒を含んで構成した。これにより、NH3吸着量を増加させることができるうえ、リーン時におけるNOxとの反応性を向上させることができる。 The exhaust emission control device according to claim 11 includes an NOx purification catalyst including a second catalyst layer containing zeolite as an NH 3 adsorbent. Thereby, the amount of NH 3 adsorption can be increased, and the reactivity with NOx at the time of lean can be improved.
請求項12記載の排気浄化装置は、第2触媒層が第1触媒層上に設けられたNOx浄化触媒を含んで構成した。これにより、リッチ化制御時に生成したNH3を効率的に捕捉し、次のリーン時にNOx浄化に効率的に用いることができるため、NOx浄化性能がより向上する。
The exhaust emission control device according to
請求項13記載の排気浄化装置は、捕集したパティキュレートを燃焼するための燃焼触媒が担持されたパティキュレートフィルタを含んで構成した。これにより、パティキュレートフィルタの温度が600℃以下の場合であっても、PMの燃焼除去が可能である。このため、低温で効率的にパティキュレートフィルタを再生でき、燃費の悪化をより軽減できる。
The exhaust emission control device according to
請求項14記載の排気浄化装置は、酸素吸蔵放出能を有する複合酸化物にAgを担持してなる燃焼触媒を含んで構成した。これにより、PMの燃焼除去が、500℃程度でも可能になるため、車両走行中にパティキュレートフィルタの温度が500℃程度まで低下した場合であっても、PMの燃焼除去が可能であるとともに、パティキュレートフィルタの再生速度を大幅に向上できる。従って、硫黄除去とPM燃焼除去に要するトータルの処理時間が短縮でき、燃費の悪化をより軽減できる。
The exhaust emission control device according to
請求項15記載の排気浄化装置は、排気中に含まれるNOをNO2に変換するNO2生成触媒が担持されたパティキュレートフィルタを含んで構成した。これにより、PMの燃焼をさらに促進させることができ、パティキュレートフィルタの再生速度を向上させることができる。従って、硫黄除去とPM燃焼除去に要するトータルの処理時間が短縮でき、燃費の悪化をより軽減できる。
Exhaust purifying apparatus according to
請求項16記載の排気浄化装置は、Pt、Pd、およびRhのうち少なくともいずれか1つの元素が、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、ジルコニア、およびセリアのうち少なくともいずれか1つの担体に担持されてなるNO2生成触媒を含んで構成した。これにより、高比表面積担体上に担持されている貴金属の作用によってNO2生成能を高めることができ、より効率的にNO2をPM燃焼に用いることができる結果、パティキュレートフィルタの再生速度をより向上させることができる。従って、硫黄除去とPM燃焼除去に要するトータルの処理時間が短縮でき、燃費の悪化をより軽減できる。
The exhaust emission control device according to
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係るエンジン1およびその排気浄化装置の構成を示す図である。エンジン1は、各気筒(図示せず)の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒には燃料噴射弁(図示せず)が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット(以下、ECUという)5により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間および閉弁時間は、ECU5により制御される。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an
エンジン1には、吸気が流通する吸気管(図示せず)と、排気が流通する排気管4が設けられている。
エンジン1から排出された排気が流通する排気管4には、上流側から順に、NOx浄化触媒2と、ディーゼルパティキュレートフィルタ3(以下、DPFという)とが設けられている。
The
In the
NOx浄化触媒2の構成について説明する。
NOx浄化触媒2は、担体上に、第1触媒層、第2触媒層の順で積層された2層構造を有する。第1触媒層は、貴金属、およびNOx吸着材である酸化セリウム系材料を含んで構成される。第2触媒層は、ゼオライトなどのNH3吸着材、およびFe、Cuのうち少なくとも1種を含んで構成される。
担体としては、コージェライト、アルミナ、チタン酸アルミニウム、ステンレス、SiCなどのハニカム構造体が用いられる。
貴金属としては、Pt、Pd、Rhのいずれかを単独若しくは2種以上組み合わせて用いられる。Pt、Pdは主に、リーン時にNOをNO2に酸化する役割と、リッチ時に排気中のH2やHCと、吸着NOxとからNH3を生成する役割を担う。Rhは、リッチ時に吸着NOxを還元剤によりN2に還元する役割を担う。
Ptのコート量は担体1Lあたり1.0〜10g/Lが好ましく、Pdのコート量は担体1Lあたり0.1〜10g/Lが好ましく、Rhのコート量は担体1Lあたり0.1〜4.0g/Lが好ましい。
NOx吸着材としての酸化セリウム系材料は、アルカリ土類金属のようにNOxを内部に取り込む「吸蔵」ではなく、NOxを「吸着」する。このため、低温下においても貴金属の触媒活性が低下することがない。
酸化セリウム系材料としては、セリア、セリアジルコニア複合酸化物、またはこれらに少なくとも1種の希土類元素を含むものが用いられる。希土類元素としては、La、Nd、Pr、Smが挙げられる。Zrを含むことにより、構造安定性が向上して耐熱性が向上する。また、希土類元素は、吸着点の化学状態を変化させ、NOx吸着温度域を広げる効果がある。
NH3吸着材としては、酸点を有する固体材料であればよく、特に限定されない。特に効果が高いものとして、ゼオライト、フェリエライト、シリカアルミナが挙げられる。ゼオライトの中でも、β型、MFI型、Y型、モルデナイト型が好ましい。また、NOx還元性能の向上の観点から、これらの固体材料中に、FeおよびCuを同時に含有させることが好ましい。この場合、FeおよびCuは、混合、担持、イオン交換のいずれの状態でも効果を発揮する。
The configuration of the NOx purification catalyst 2 will be described.
The NOx purification catalyst 2 has a two-layer structure in which a first catalyst layer and a second catalyst layer are laminated in this order on a carrier. The first catalyst layer includes a noble metal and a cerium oxide-based material that is a NOx adsorbent. The second catalyst layer includes an NH 3 adsorbent such as zeolite and at least one of Fe and Cu.
As the carrier, a honeycomb structure such as cordierite, alumina, aluminum titanate, stainless steel or SiC is used.
As the noble metal, any one of Pt, Pd, and Rh is used alone or in combination of two or more. Pt and Pd mainly play a role of oxidizing NO to NO 2 when lean, and a role of generating NH 3 from H 2 and HC in the exhaust and adsorbed NOx when rich. Rh plays a role of reducing adsorbed NOx to N 2 by a reducing agent when rich.
The coating amount of Pt is preferably 1.0 to 10 g / L per liter of carrier, the coating amount of Pd is preferably 0.1 to 10 g / L per liter of carrier, and the coating amount of Rh is 0.1 to 4. 0 g / L is preferred.
The cerium oxide-based material as the NOx adsorbent does not “occlude” NOx into the inside like an alkaline earth metal, but “adsorbs” NOx. For this reason, noble metal catalytic activity does not decrease even at low temperatures.
As the cerium oxide-based material, ceria, ceria zirconia composite oxide, or a material containing at least one rare earth element is used. Examples of rare earth elements include La, Nd, Pr, and Sm. By including Zr, the structural stability is improved and the heat resistance is improved. In addition, rare earth elements have the effect of changing the chemical state of the adsorption point and extending the NOx adsorption temperature range.
The NH 3 adsorbent is not particularly limited as long as it is a solid material having an acid point. Particularly effective ones include zeolite, ferrierite, and silica alumina. Among zeolites, β type, MFI type, Y type, and mordenite type are preferable. Further, from the viewpoint of improving NOx reduction performance, it is preferable to simultaneously contain Fe and Cu in these solid materials. In this case, Fe and Cu are effective in any state of mixing, supporting, and ion exchange.
NOx浄化触媒2の反応メカニズムについて説明する。
排気空燃比がリーンの時、排気中のNOが第1触媒層における白金などの貴金属によってNO2に酸化され、酸化セリウム系材料に吸着される。次いで、排気空燃比をリッチにすると、リーン時に第1触媒層に吸着したNOxは、CO、HC、あるいは水性ガスシフト反応により生成したH2によって、NH3やN2に変換される。生成したNH3は、第2触媒層に移動してNH3吸着材に吸着される。この吸着は、第1触媒層と第2触媒層が隣接して積層されていることで容易に行われる。次いで、排気空燃比をリーンに戻すと、第2触媒層に再貯蔵されたNH3と排気中に含まれるNOxとが、NH3選択接触還元反応によりN2とH2Oに変換されて放出される。このとき、第2触媒層は最上層であるので、生成したN2は効率良く放出される。
このようにして、排気中のNOxは、NOx浄化触媒2により浄化される。
The reaction mechanism of the NOx purification catalyst 2 will be described.
When the exhaust air-fuel ratio is lean, NO in the exhaust is oxidized to NO 2 by a noble metal such as platinum in the first catalyst layer and is adsorbed by the cerium oxide-based material. Next, when the exhaust air-fuel ratio is made rich, NOx adsorbed on the first catalyst layer at the time of lean is converted into NH 3 or N 2 by CO, HC, or H 2 generated by the water gas shift reaction. The produced NH 3 moves to the second catalyst layer and is adsorbed by the NH 3 adsorbent. This adsorption is easily performed because the first catalyst layer and the second catalyst layer are laminated adjacent to each other. Next, when the exhaust air-fuel ratio is returned to lean, NH 3 re-stored in the second catalyst layer and NOx contained in the exhaust are converted into N 2 and H 2 O by NH 3 selective catalytic reduction reaction and released. Is done. At this time, since the second catalyst layer is the uppermost layer, the produced N 2 is efficiently released.
In this way, NOx in the exhaust gas is purified by the NOx purification catalyst 2.
上記のような構成を備えるNOx浄化触媒2は、以下のような特性を有する。
本実施形態のNOx浄化触媒2は、上記のような反応メカニズムにより、150〜400℃で高いNOx浄化性能を有する。また、リッチ時には、リーン時に吸着したNOxが、還元剤のCO、HC、H2などによりN2に直接還元される反応が同時に進行し、条件によってはこの反応が選択的に進行することでNOx浄化効率が飛躍的に高まる。
また、NOx浄化触媒は、SOxなどの硫黄分が捕捉されて蓄積すると、NOx吸着性能が低下するため、硫黄分が脱離する温度以上に定期的に昇温して硫黄分を除去する必要がある。従来のアルカリ、アルカリ土類系のNOx吸収材では、硫黄分の除去に700℃程度が必要であったところ、本実施形態のNOx浄化触媒2では、600℃程度で硫黄分を除去できる。このため、本実施形態のNOx浄化触媒2によれば、硫黄分の除去に必要な昇温エネルギーを抑制でき、燃費の悪化を抑制できる。
The NOx purification catalyst 2 having the above configuration has the following characteristics.
The NOx purification catalyst 2 of the present embodiment has high NOx purification performance at 150 to 400 ° C. due to the reaction mechanism as described above. In addition, when rich, NOx adsorbed during lean progresses simultaneously with a reducing agent such as CO, HC, H 2 and the like, and the reaction proceeds directly to N 2. Depending on the conditions, this reaction selectively proceeds to cause NOx. Purification efficiency increases dramatically.
In addition, when the sulfur content such as SOx is captured and accumulated in the NOx purification catalyst, the NOx adsorption performance deteriorates. Therefore, it is necessary to periodically raise the temperature above the temperature at which the sulfur content is desorbed to remove the sulfur content. is there. In the conventional alkali and alkaline earth NOx absorbents, about 700 ° C. is necessary for the removal of the sulfur content. In the NOx purification catalyst 2 of the present embodiment, the sulfur content can be removed at about 600 ° C. For this reason, according to the NOx purification catalyst 2 of the present embodiment, it is possible to suppress the temperature rising energy necessary for the removal of the sulfur content and to suppress the deterioration of the fuel consumption.
次に、本実施形態のDPF3について説明する。
本実施形態のDPF3は、多孔質セラミックスからなる3次元構造体である。材質はコージェライト、SiC、アルミナ、チタニアなどの多孔質材料であり、ウォールフロータイプ、フォームタイプなどの構造が好ましく採用される。中心細孔径は10〜30μm、気孔率は40〜60%の範囲が好ましい。
また、本実施形態のDPF3は、後述するPM燃焼触媒およびNO2生成触媒を備える。
Next, the
The
Further, the
排気の流れ方向から視たDPF3の模式図を図2に、排気の流れ方向に直交する方向から視たDPF3の模式図を図3に示す。これら図2および図3に示すように、DPF3はハニカム構造をなしており、互いに平行に延びる多数の排気流路を備える。より詳しくは、DPF3の下流端が栓34により閉塞された排気流入路32と、上流端が栓34により閉塞された排気流出路33が前後左右に交互に設けられ、排気流入路32と排気流出路33は、薄肉の隔壁35を介して隔てられている。
DPF3は、そのフィルタ本体が上記の多孔質材料から形成されているため、排気流入路32内に流入した排気は、図3の矢印で示されるように周囲の隔壁35を通過し、隣接する排気流出路33内に流出する。即ち、図4に示すように、隔壁35は、排気流入路32と排気流出路33とを連通する微細な細孔36を有し、この細孔36が排気流路となって排気が細孔36内を通過する。
FIG. 2 shows a schematic diagram of the
Since the filter body of the
また、DPF3のフィルタ本体の排気流路、即ち、排気流入路32、排気流出路33、および細孔36の壁面には、触媒コート層37が形成されている。触媒コート層37は、上記各排気流路の表面に均一にコートされて形成される。コート層内部は、PM燃焼触媒とNO2生成触媒とが混合していてもよいが、これらが2層に分離していることが好ましい。具体的には、排気流路の表面側の1層目(下層)としてPM燃焼触媒層を形成し、2層目(上層)としてNO2生成触媒層を形成することが好ましい。排気中のNOxのほとんどはNOの状態で排出されるため、上層のNO2生成触媒により生成したNO2を下層のPM燃焼触媒にNO2を供給することが可能となるからである。また、600℃付近の高温下では、従来のようにNO2生成触媒のみの構成であると、平衡の関係でNO2濃度は極端に低くなるため、NO2とPMの反応は進行し難くなる。これに対して、NO2生成触媒とPM燃焼触媒の2層構造を採用した場合には、生成したNO2がNOに戻る前にPM燃焼触媒の酸素放出能を有する複合酸化物に吸着することにより、触媒近傍にNO2が多い状態を形成することができる結果、PM燃焼が進行し易くなるためである。
Further, a
2層構造の場合、下層のPM燃焼触媒のコート量は、フィルタ本体1Lあたり20〜60gが好ましい。20g未満の場合には、細孔36内の表面を十分に覆うことができず、PMとの接触性が悪くなる。60gを超える場合には、細孔36の目詰まりにより圧力損失が大きくなる。
また、上層のNO2生成触媒のコート量は、フィルタ本体1Lあたり10〜30gが好ましい。10g未満の場合には、NO2生成能力が不十分となる。30gを超える場合には、層の厚みが増してPM燃焼触媒とPMの接触性が低下する。
In the case of a two-layer structure, the coating amount of the lower layer PM combustion catalyst is preferably 20 to 60 g per 1 L of the filter body. If it is less than 20 g, the surface in the
Further, the coating amount of the upper NO 2 production catalyst is preferably 10 to 30 g per 1 L of the filter body. If it is less than 10 g, the NO 2 generation capacity is insufficient. When it exceeds 30 g, the thickness of the layer increases and the contact property between the PM combustion catalyst and PM decreases.
上記PM燃焼触媒としては、酸素吸蔵放出能を有する複合酸化物にAgを担持してなるものが用いられる。具体的には、AgがCeO2−ZrO2に担持された触媒を用いることが好ましい。
複合酸化物としては、ペロブスカイト型、スピネル型、ルチル型、デラフォサイト型、マグネトプランバイト型、イルメナイト型、およびフルオライト型よりなる群から選択される1種または2種を用いることができる。これらの中でも、耐熱性の観点からペロブスカイト型、フルオライト型が好ましい。
また、複合酸化物は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、遷移金属、および貴金属よりなる群から選択される1種または2種以上の元素の組み合わせから構成される。酸素放出能の観点から、複合酸化物は、多原子価を持つ元素が少なくとも1種類含まれていることが好ましい。酸素放出は、構成原子の価数の変化に応じて電荷のバランスを保つために、複合酸化物の格子中の酸素が脱離する現象であるからである。
遷移金属としては、V、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Nb、Ta、Mo、Wが例示され、希土類としては、Ce、Pr、Sm、Eu、Tb、Ybが例示され、アルカリ金属としては、Na、K、Csが例示される。また、貴金属としては、Pt、Pd、Rh、Ir、Ruが、酸化物としては不安定であり、メタル化することにより酸素放出する特性を発揮するため好ましく例示される。また、構造安定性の観点から、価数変化がなくイオン半径の比較的大きなLa、Nd、Y、Sc、Hf、Ca、Sr、Baが含まれることが好ましい。
複合酸化物の調製方法については特に限定されないが、硝酸塩分解法、有機酸錯体重合法などを好適に用いることができる。また、複合酸化物にAgを担持させる方法については特に限定されないが、含浸法や析出沈殿法などを好適に用いることができる。
As said PM combustion catalyst, what carried Ag on the complex oxide which has oxygen storage-release capability is used. Specifically, it is preferable to use a catalyst in which Ag is supported on CeO 2 —ZrO 2 .
As the composite oxide, one or two selected from the group consisting of perovskite type, spinel type, rutile type, delafossite type, magnetoplumbite type, ilmenite type, and fluorite type can be used. Among these, the perovskite type and the fluorite type are preferable from the viewpoint of heat resistance.
The composite oxide is composed of one or a combination of two or more elements selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, rare earth metals, transition metals, and noble metals. From the viewpoint of oxygen releasing ability, the composite oxide preferably contains at least one kind of element having polyvalence. This is because oxygen release is a phenomenon in which oxygen in the lattice of the composite oxide is desorbed in order to maintain a charge balance according to changes in the valence of the constituent atoms.
Examples of transition metals include V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Nb, Ta, Mo, and W. Examples of rare earths include Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, and Yb. Is exemplified by Na, K, and Cs. Further, as noble metals, Pt, Pd, Rh, Ir, and Ru are preferably exemplified because they are unstable as oxides and exhibit characteristics of releasing oxygen when metallized. Further, from the viewpoint of structural stability, La, Nd, Y, Sc, Hf, Ca, Sr, and Ba having a relatively large ionic radius with no valence change are preferably included.
The method for preparing the composite oxide is not particularly limited, but a nitrate decomposition method, an organic acid complex polymerization method, or the like can be preferably used. The method for supporting Ag on the composite oxide is not particularly limited, but an impregnation method, a precipitation method, or the like can be suitably used.
一方、上記NO2生成触媒としては、貴金属(Pt、Pd、Rhなど)が高比表面積のアルミナ、シリカ、ジルコニア、マグネシア、およびチタニアのうち少なくともいずれか1つの担体に担持された触媒が好ましく用いられる。
これら高比表面積の担体に、貴金属を担持させる方法については特に限定されず、含浸法や析出沈殿法などを好適に用いることができる。
On the other hand, as the NO 2 production catalyst, a catalyst in which a noble metal (Pt, Pd, Rh, etc.) is supported on at least one of alumina, silica, zirconia, magnesia, and titania having a high specific surface area is preferably used. It is done.
The method for supporting the noble metal on these high specific surface area carriers is not particularly limited, and an impregnation method, a precipitation method, or the like can be suitably used.
上記のような構成を備えるDPF3は、以下のような特性を有する。
通常、DPFにPMがある量以上堆積した場合には、目詰まりにより圧力損失が高くなり、燃費が悪化することから、PMが燃焼する温度以上に定期的に排気温度を昇温させる必要がある。この点、本実施形態のDPF3は、上述のような低温燃焼活性の高い触媒を担持していることから、500℃以下でPMを燃焼除去して再生を行うことができる。このため、PMの除去に必要な昇温エネルギーを抑制でき、燃費の悪化を抑制できる。
The
Normally, when PM accumulates over a certain amount in the DPF, pressure loss increases due to clogging, and fuel consumption deteriorates. Therefore, it is necessary to raise the exhaust temperature regularly above the temperature at which PM burns. . In this respect, since the
図1に戻って、ECU5には、エンジン1により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ11、NOx浄化触媒2に流入する排気の空燃比を検出する第1空燃比センサ12、DPF3に流入する排気の空燃比を検出する第2空燃比センサ13、およびNOx浄化触媒2の温度を検出する触媒温度センサ14が接続されており、これらセンサの検出信号は、ECU5に供給される。
ここで、NOx浄化触媒2の劣化度合は、エンジン1の燃料噴射量の積算値に基づいて推定され、エンジン1の燃料噴射量は、アクセルセンサ11の出力に基づいてECU5により算出される。
Returning to FIG. 1, the
Here, the degree of deterioration of the NOx purification catalyst 2 is estimated based on the integrated value of the fuel injection amount of the
ECU5は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット(以下、CPUという)とを備える。この他、ECU5は、CPUで実行される各種演算プログラムおよび演算結果などを記憶する記憶回路と、エンジン1の燃料噴射弁などに制御信号を出力する出力回路と、を備える。
The
以上のようなハードウェア構成により、ECU5には、再生実行部51、第1目標空燃比設定部52、第2目標空燃比設定部53、触媒劣化度合推定部54、切替部55、および再生処理時間設定部56の各モジュールが構成される。以下、各モジュールの機能について説明する。
With the hardware configuration described above, the
再生実行部51は、NOx浄化触媒2に捕捉されたSOxなどの硫黄分を浄化するとともに、DPF3に捕集されたPMを浄化する再生処理を実行する。具体的には、NOx浄化触媒2に流入する排気の排気空燃比を、リーン側からリッチ側にリッチ化制御することにより、NOx浄化触媒2とDPF3の再生処理を実行する。
本実施形態では、リッチ化制御はポストリッチにより実行される。ここで、ポストリッチとは、エンジン1の各気筒内が爆発工程から排気工程に移行した付近で、燃料噴射弁よりトルクに寄与しない付加燃料を気筒内にポスト噴射することにより、未燃の燃料を排気通路内に流通させて排気空燃比をリッチ側にすることをいう。
また、リッチ化制御では、第1空燃比センサ12により検出されたNOx浄化触媒2に流入する排気の空燃比が、後述する第1目標空燃比または第2目標空燃比に一致するように、燃料噴射弁の開弁時間および閉弁時間を調整して燃料噴射量を調整する。
The
In the present embodiment, the enrichment control is executed by post-rich. Here, post-rich means that unburned fuel is produced by post-injecting additional fuel that does not contribute to torque from the fuel injection valve into the cylinder in the vicinity of each cylinder of the
Further, in the enrichment control, the fuel is adjusted so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 2 detected by the first air-
第1目標空燃比設定部52は、上記リッチ化制御時におけるNOx浄化触媒2に流入する排気の目標空燃比として、第1目標空燃比を設定する。本実施形態では、後述する触媒劣化度合推定部54により推定されたNOx浄化触媒2の劣化度合として、エンジン1の燃料噴射量の積算値を代用し、この燃料噴射量の積算値に基づいて第1目標空燃比を設定する。
具体的には、所定の実験に基づいて設定され、予めECU5に格納されたエンジン1の燃料噴射量の積算値(ΣQfuel_total)と第1目標空燃比(目標A/F1)との関係を示すマップ(図5参照)を検索する。これにより、アクセルセンサ11の出力に基づいてECU5により算出された燃料噴射量の積算値(ΣQfuel_total)に応じた、第1目標空燃比(目標A/F1)を算出する。
なお、図5に示すように、燃料噴射量の積算値(ΣQfuel_total)が大きくなるほど、第1目標空燃比(目標A/F1)は高く設定される。
The first target air-fuel
Specifically, the relationship between the integrated value (ΣQ fuel_total ) of the fuel injection amount of the
As shown in FIG. 5, the first target air-fuel ratio (target A / F1) is set higher as the integrated value (ΣQ fuel_total ) of the fuel injection amount increases.
第2目標空燃比設定部53は、上記リッチ化制御時におけるNOx浄化触媒2に流入する排気の目標空燃比として、上記第1目標空燃比より低い第2目標空燃比を設定する。本実施形態では、後述する触媒劣化度合推定部54により推定されたNOx浄化触媒2の劣化度合として、エンジン1の燃料噴射量の積算値を代用し、この燃料噴射量の積算値に基づいて、上記第1目標空燃比より低い第2目標空燃比を設定する。
また、本実施形態の第2目標空燃比設定部53は、NOx浄化触媒2の温度が高いほど、第2目標空燃比を低く設定する。
具体的には、先ず、所定の実験に基づいて設定され、予めECU5に格納されたエンジン1の燃料噴射量の積算値(ΣQfuel_total)と第2目標空燃比(目標A/F2)の基準値との関係を示すマップ(図5参照)を検索する。これにより、アクセルセンサ11の出力に基づいてECU5により算出された燃料噴射量の積算値(ΣQfuel_total)に応じた、第2目標空燃比(目標A/F2)の基準値を算出する。
なお、図5に示すように、燃料噴射量の積算値(ΣQfuel_total)が大きくなるほど、第2目標空燃比(目標A/F2)の基準値は高く設定される。
次いで、所定の実験に基づいて設定され、予めECU5に格納されたNOx浄化触媒2の温度と補正係数Ktempとの関係を示すマップ(図6参照)を検索する。図6に示すように、補正係数Ktempは、NOx浄化触媒2の温度が高いほど小さい値に設定される。これにより、触媒温度センサ14により検出されたNOx浄化触媒2の温度に応じた補正係数Ktempを算出する。
最後に、算出した補正係数Ktempを、上記第2目標空燃比(目標A/F2)の基準値に乗じて補正することにより、第2目標空燃比を算出する。
The second target air-fuel
Further, the second target air-fuel
Specifically, first, an integrated value (ΣQ fuel_total ) of the fuel injection amount of the
As shown in FIG. 5, the reference value of the second target air-fuel ratio (target A / F2) is set higher as the integrated value (ΣQ fuel_total ) of the fuel injection amount increases.
Next, a map (see FIG. 6) showing the relationship between the temperature of the NOx purification catalyst 2 and the correction coefficient Ktemp that is set based on a predetermined experiment and stored in the
Finally, the second target air-fuel ratio is calculated by correcting the calculated correction coefficient Ktemp by multiplying the reference value of the second target air-fuel ratio (target A / F2).
触媒劣化度合推定部54は、NOx浄化触媒2の劣化度合を、エンジン1の燃料噴射量の積算値(ΣQfuel_total)に基づいて推定する。本実施形態では、NOx浄化触媒2の劣化度合を、エンジン1の燃料噴射量の積算値(ΣQfuel_total)で代用している。即ち、上述したように、燃料噴射量の積算値(ΣQfuel_total)に応じて、第1目標空燃比(目標A/F1)および第2目標空燃比(目標A/F2)を算出する。
なお、エンジン1の燃料噴射量の積算値(ΣQfuel_total)は、後述する燃料噴射量(ΣQfuel)とは異なり、再生処理が終了してもリセットされることはない。
The catalyst deterioration
Note that the integrated value (ΣQ fuel_total ) of the fuel injection amount of the
切替部55は、DPF3に流入する排気の排気空燃比が、所定の閾値を下回った場合には、NOx浄化触媒2に流入する排気の目標空燃比を、第1目標空燃比(目標A/F1)から第2目標空燃比(目標A/F2)に切り替える処理を実行する。
DPF3に流入する排気の排気空燃比は、第2空燃比センサ13により検出された値を用いる。所定の閾値は、所定の実験に基づいて設定され、予めECU5に格納されている。
When the exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
A value detected by the second air-
ここで、切替部55による目標空燃比の切替えについて、図7を参照しながら詳しく説明する。なお、以下の説明において、NOx浄化触媒2に流入する排気の排気空燃比をFront_A/Fとし、DPF3に流入する排気の排気空燃比をRear_A/Fとする。
先ず、リーン側からリッチ側へのリッチ化制御を実行し、NOx浄化触媒2に流入する排気の目標空燃比が第1目標空燃比に設定されると、Front_A/Fは、応答性良く第1目標空燃比と一致した空燃比となる。このとき、Rear_A/Fは、NOx浄化触媒2の酸素吸蔵放出能により、一定の時間、リーンの状態を維持しながら、緩やかにリッチ側に移行する。即ち、Front_A/Fがリッチ側でRear_A/Fがリーン側の状態が、一定の時間、形成される。これにより、NOx浄化触媒2において硫黄分を除去するとともに、DPF3においてPMの燃焼除去が可能となる。この点については後段で詳述する。
そして、Rear_A/Fが予め設定された所定の閾値を下回ったときに、第1目標空燃比から、よりリッチ側の第2目標空燃比に切り替えを実行する。すると、第1目標空燃比を設定したときと同様に、Front_A/Fは、応答性良く第2目標空燃比と一致した空燃比となるのに対して、Rear_A/Fは、緩やかによりリッチ側に移行する。
リッチ化制御を終了し、NOx浄化触媒2に流入する排気の目標空燃比がリッチ側からリーン側にリーン化制御されると、Front_A/Fは応答性良くリーン側に移行し、Rear_A/Fは遅れてリーン側に移行する。
Here, the switching of the target air-fuel ratio by the switching
First, when the enrichment control from the lean side to the rich side is executed and the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 2 is set to the first target air-fuel ratio, the Front_A / F is the first with good responsiveness. The air / fuel ratio matches the target air / fuel ratio. At this time, the Rear_A / F gradually shifts to the rich side while maintaining the lean state for a certain time due to the oxygen storage / release ability of the NOx purification catalyst 2. That is, a state where the Front_A / F is rich and the Rear_A / F is lean is formed for a certain period of time. As a result, the sulfur content can be removed by the NOx purification catalyst 2, and PM can be removed by combustion in the
Then, when the Rear_A / F falls below a predetermined threshold value, switching from the first target air-fuel ratio to the richer second target air-fuel ratio is executed. Then, as in the case of setting the first target air-fuel ratio, the Front_A / F becomes an air-fuel ratio that matches the second target air-fuel ratio with good response, whereas the Rear_A / F gradually becomes more rich. Transition.
When the enrichment control is finished and the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 2 is lean-controlled from the rich side to the lean side, the Front_A / F shifts to the lean side with good responsiveness, and the Rear_A / F is Move to the lean side with a delay.
再生処理時間設定部56は、DPF3に流入する排気の排気空燃比、即ちRear_A/Fが低いほど、再生処理時間を短く設定する。具体的には、所定の実験に基づいて設定され、予めECU5に格納されたRear_A/Fと再生処理時間のカウンタ減算値との関係を示すマップ(図8参照)を検索する。これにより、第2空燃比センサ13により検出されたRear_A/Fに応じたカウンタ減算値が算出される。次いで、予め設定されていた所定の再生処理時間から、算出されたカウンタ減算値を減算することにより、再生処理時間が算出される。
The regeneration processing
また、ECU5は、図示しない再生時期判定部を有する。再生時期判定部は、エンジン1の燃料噴射量(ΣQfuel)が所定の判定値に達したときに、再生実行部51による再生処理を実行する。
ここで、再生時期判定部による再生時期の判定について、図9を参照しながら説明する。図9に示すように、アクセルセンサ11の出力に基づいてECU5により算出された燃料噴射量(ΣQfuel)が、所定の実験に基づいて設定され、予めECU5に格納された判定値(図9の判定ライン)に達したときに、再生実行部51による再生処理を実行する。上述したように、燃料噴射量の積算値(ΣQfuel_total)は、リセットされずに時間の経過とともに大きくなっていくのに対して、燃料噴射量(ΣQfuel)は、再生処理の実行の開始と同時にリセットされ、新たにカウントされていく。これにより、適切な時期に再生処理の実行が繰り返し可能となっている。
Further, the
Here, the determination of the reproduction time by the reproduction time determination unit will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9, the fuel injection amount (ΣQ fuel ) calculated by the
次に、本実施形態の再生処理の手順について説明する。
図10は、本実施形態のECU5による再生処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジン1の始動後、ECU5により繰り返し実行される。
Next, the procedure of the reproduction process of this embodiment will be described.
FIG. 10 is a flowchart showing the procedure of the regeneration process performed by the
図10に示すように、本実施形態の再生処理は、NOx浄化触媒2に流入する排気の目標空燃比を、第1目標空燃比(目標A/F1)と第2目標空燃比(目標A/F2)とを所定の条件により切り替えて実行可能となっている。また、再生処理時間を、所定の条件に応じて設定可能となっている。 As shown in FIG. 10, in the regeneration process of the present embodiment, the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 2 is changed to a first target air-fuel ratio (target A / F1) and a second target air-fuel ratio (target A / F). F2) can be switched according to a predetermined condition and executed. In addition, the reproduction processing time can be set according to a predetermined condition.
ステップS11では、再生要求フラグFRRが「1」であるか否かを判別する。この判別がYESの場合にはステップS12に移り、NOの場合にはステップS19に移る。
再生要求フラグFRRは、エンジン1の燃料噴射量(ΣQfuel)が、所定の判定値(Thresh_fuel)を超えたときに「1」と判別される。
In step S11, it is determined whether or not the reproduction request flag FRR is “1”. If this determination is YES, the process proceeds to step S12, and if NO, the process proceeds to step S19.
The regeneration request flag FRR is determined to be “1” when the fuel injection amount (ΣQ fuel ) of the
ステップS12では、再生タイマーをスタートしてステップS13に移る。 In step S12, the reproduction timer is started and the process proceeds to step S13.
ステップS13では、NOx浄化触媒2に流入する排気の目標空燃比として、第1目標空燃比(目標A/F1)を設定して、ステップS14に移る。
ここで、第1目標空燃比(目標A/F1)は、エンジン1の燃料噴射量の積算値(ΣQfuel_total)に基づいて設定する。具体的には、図5に示すマップを検索し、アクセルセンサ11の出力に基づいてECU5により算出された燃料噴射量の積算値(ΣQfuel_total)に応じた、第1目標空燃比(目標A/F1)を算出して設定する。
In step S13, the first target air-fuel ratio (target A / F1) is set as the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 2, and the process proceeds to step S14.
Here, the first target air-fuel ratio (target A / F1) is set based on the integrated value (ΣQ fuel_total ) of the fuel injection amount of the
ステップS14では、DPF3に流入する排気の排気空燃比であるRear_AFが、所定の閾値(Thresh_AF)を下回っているか否かを判別する。この判別がYESの場合にはステップS15に移り、NOの場合にはステップS16に移る。
ここで、Rear_AFは、第2空燃比センサ13により検出された値を用い、所定の閾値(Thresh_AF)は、予めECU5に格納されている。
In step S14, it is determined whether or not Rear_AF, which is the exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
Here, Real_AF uses a value detected by the second air-
ステップS15では、NOx浄化触媒2に流入する排気の目標空燃比として、第2目標空燃比(目標A/F2)を設定して、ステップS16に移る。
ここで、第2目標空燃比(目標A/F2)は、先ず、図5に示すマップを検索し、アクセルセンサ11の出力に基づいてECU5により算出された燃料噴射量の積算値(ΣQfuel_total)に応じた、第2目標空燃比(目標A/F2)の基準値を算出する。次いで、図6に示すマップを検索し、触媒温度センサ14により検出されたNOx浄化触媒2の温度に応じた補正係数Ktempを算出する。最後に、算出した補正係数Ktempを、上記第2目標空燃比(目標A/F2)の基準値に乗じて補正し、第2目標空燃比(目標A/F2)を算出して設定する。
In step S15, the second target air-fuel ratio (target A / F2) is set as the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 2, and the process proceeds to step S16.
Here, for the second target air-fuel ratio (target A / F2), first, the map shown in FIG. 5 is searched, and the integrated value (ΣQ fuel_total ) of the fuel injection amount calculated by the
ステップS16では、Rear_A/Fに基づいて再生タイマーの減算を実行し、ステップS17に移る。
具体的には、図8に示すマップを検索し、第2空燃比センサ13により検出されたRear_A/Fに応じたカウンタ減算値を算出する。次いで、予め設定されていた所定の再生タイマーから、算出されたカウンタ減算値を減算することにより、再生処理時間が算出される。
In step S16, the reproduction timer is subtracted based on Rear_A / F, and the process proceeds to step S17.
Specifically, the map shown in FIG. 8 is searched, and the counter subtraction value corresponding to the Rear_A / F detected by the second air-
ステップS17では、再生タイマーが0であるか否かを判別する。この判別がNoの場合には再生処理を終了し、YESの場合にはステップS18に移り、再生要求フラグFRRを「0」に設定してステップS19に移り、再生タイマーをリセットして再生処理を終了する。 In step S17, it is determined whether or not the playback timer is zero. If this determination is No, the playback process ends. If YES, the process proceeds to step S18, the playback request flag FRR is set to “0”, the process proceeds to step S19, the playback timer is reset, and the playback process is performed. finish.
ステップS20では、エンジン1の燃料噴射量(ΣQfuel)を積算してステップS21に移る。具体的には、アクセルセンサ11の出力に基づいてECU5により燃料噴射量(ΣQfuel)を算出する。
In step S20, the fuel injection amount (ΣQ fuel ) of the
ステップS21では、エンジン1の燃料噴射量(ΣQfuel)が、所定の判定値(Thresh_fuel)を超えているか否かを判別する。この判別がNOの場合には再生処理を終了し、YESの場合には、ステップS22に移る。
In step S21, it is determined whether or not the fuel injection amount (ΣQ fuel ) of the
ステップS22では、再生要求フラグFRRを「1」に設定してステップS23に移り、エンジン1の燃料噴射量(ΣQfuel)を「0」に設定して再生処理を終了する。
In step S22, the regeneration request flag FRR is set to “1”, the process proceeds to step S23, the fuel injection amount (ΣQ fuel ) of the
上述したように、酸化セリウム系吸着材を用いたNOx浄化触媒2と、酸素放出能を有する複合酸化物にAgを担持してなるPM燃焼触媒を備えるDPF3と、を用いることにより、以下の効果が奏される。
酸化セリウム系吸着材を用いたNOx浄化触媒2の硫黄除去に必要な温度は600℃程度であり、アルカリ金属やアルカリ土類金属の700℃に比して、より低温で硫黄を除去することができる。本実施形態の排気系レイアウトでは、NOx浄化触媒2の再生と同時にDPF3の再生処理も行われることとなるため、NOx浄化触媒2の下流側に配置されているDPF3は、600℃若しくは600℃以下の温度に晒されることとなる。
ところで、触媒を用いない気相酸素中でのPM燃焼に必要な温度は600℃以上であることが知られている。従って、NOx浄化触媒2の硫黄除去とDPF3のPM除去を、同時に効率良く行うためには、PMを低温燃焼させる触媒をDPF3に担持させるのが望ましいと言える。
そこで、本実施形態では、350〜500℃程度でPMを燃焼させることが可能な、酸素放出能を有する複合酸化物にAgを担持してなるPM燃焼触媒をDPF3に担持させた。これにより、本実施形態では、DPF3が600℃以下の温度に晒された場合であっても、PMを燃焼除去でき、DPF再生を継続的に進行できる。
また、複合酸化物から放出される酸素により、DPF3内の下流側ほど、リーン時間を長く確保できる。これにより、PM燃焼除去効率(DPF再生効率)が向上し、NOx浄化触媒2の硫黄除去による再生と、DPF3のPM燃焼除去による再生に要するトータルの処理時間を短縮することができる。
As described above, the following effects can be obtained by using the NOx purification catalyst 2 using the cerium oxide-based adsorbent and the
The temperature required for sulfur removal of the NOx purification catalyst 2 using the cerium oxide-based adsorbent is about 600 ° C., and sulfur can be removed at a lower temperature than the 700 ° C. of alkali metals and alkaline earth metals. it can. In the exhaust system layout of the present embodiment, the regeneration process of the
By the way, it is known that the temperature required for PM combustion in gas-phase oxygen without using a catalyst is 600 ° C. or higher. Therefore, in order to efficiently remove sulfur from the NOx purification catalyst 2 and remove PM from the
Therefore, in the present embodiment, a PM combustion catalyst in which Ag is supported on a complex oxide having an oxygen releasing ability capable of burning PM at about 350 to 500 ° C. is supported on the
Further, the lean time can be secured longer toward the downstream side in the
ところで、リーンとリッチを繰り返すことにより、NOx浄化触媒2の硫黄除去とDPF3のPM燃焼除去を同時に行う利点としては、いずれも600℃以上の高温が必要であるため、昇温による燃費の悪化を抑制するため、同時に行うのが好ましい点にある。また、リッチ化制御を継続すると排気温度が低下するため、リーンとリッチを繰り返すことにより排気温度を高温に保つことができるという点にある。
しかしながら、リッチ側ではNOx浄化触媒2の硫黄除去のみが進行し、リーン側ではDPF3のPM燃焼除去のみが進行するというのが従来であった。
そこで、本実施形態では、NOx浄化触媒2に酸化セリウム系の吸着材を用いることにより、排気空燃比がリッチ側でNOx浄化触媒2の硫黄除去が進行している最中でも、酸化セリウムの酸素吸蔵能(OSC)により、NOx浄化触媒2の下流側の排気空燃比をリーンに保つことができる結果、下流のDPF3のPM燃焼除去も同時に進行させることができる(図11参照)。ただし、リッチを長時間継続する場合は、OSCが消費されていくに従い、この効果は徐々に小さくなってはいくものの、硫黄除去とDPF再生のトータル時間を大幅に低減できる。
By the way, by repeating lean and rich, the advantage of simultaneously performing sulfur removal of the NOx purification catalyst 2 and PM combustion removal of the
However, conventionally, only the sulfur removal of the NOx purification catalyst 2 proceeds on the rich side, and only the PM combustion removal of the
Therefore, in the present embodiment, by using a cerium oxide-based adsorbent for the NOx purification catalyst 2, the oxygen storage of cerium oxide is performed even when the exhaust air removal is progressing on the rich side of the exhaust air-fuel ratio. As a result of the ability (OSC) to keep the exhaust air-fuel ratio downstream of the NOx purification catalyst 2 lean, PM combustion removal of the
次に、再生処理を絡めた本実施形態の効果について説明する。
本実施形態の排気浄化装置は、酸素吸蔵放出材を有するNOx浄化触媒2を備え、リッチ化制御により、NOx浄化触媒2に捕捉された硫黄分を浄化するとともに、DPF3に捕集されたPMを浄化する再生実行部51を含んで構成した。これにより、NOx浄化触媒2に流入する排気空燃比をリッチ化することで、NOx浄化触媒2上ではリッチを実現しつつ、DPF3に流入する排気の空燃比をリーンにすることができる。このため、NOx浄化触媒2の硫黄除去とDPF3に捕集されたPMの燃焼除去を同時に実行することができる。従って、硫黄除去およびPM燃焼除去に要するエネルギーを削減でき、燃費の悪化を軽減できる。
Next, the effect of the present embodiment including the reproduction process will be described.
The exhaust purification apparatus of the present embodiment includes a NOx purification catalyst 2 having an oxygen storage / release material, purifies the sulfur content captured by the NOx purification catalyst 2 by enrichment control, and removes the PM collected by the
本実施形態の排気浄化装置は、リッチ化制御時の目標空燃比として第1目標空燃比を設定する第1目標空燃比設定部52を備えるとともに、設定された第1目標空燃比に一致するように再生処理を実行する再生実行部51を含んで構成した。これにより、排気空燃比を目標通りに制御できるため、上記の効果がより確実に奏される。
The exhaust emission control device of this embodiment includes a first target air-fuel
本実施形態の排気浄化装置は、NOx浄化触媒の劣化度合に基づいて第1目標空燃比を設定する第1目標空燃比設定部52を含んで構成した。これにより、NOx浄化触媒2の酸素吸蔵能(OSC)に応じて、NOx浄化触媒2に流入する排気空燃比を設定できるため、硫黄の除去とPMの燃焼除去をより効率良く実行でき、燃費の悪化をより軽減できる。
The exhaust purification device of the present embodiment includes a first target air-fuel
本実施形態の排気浄化装置は、触媒劣化度合推定部54を備えるとともに、触媒劣化度合推定部54により推定されたNOx浄化触媒2の劣化度合が大きいほど、第1目標空燃比を高く設定する第1目標空燃比設定部52を含んで構成した。これにより、NOx浄化触媒2の劣化度合を正確に推定することができ、硫黄除去とPM燃焼除去中において酸素を過不足なく供給することができる。このため、酸素不足によるPM燃焼効率の低下や、酸素過多による硫黄除去効率の低下を回避できる。また、NOx浄化触媒2の劣化が進行し、OSCが少なくなった場合に、リッチ化制御時の目標空燃比である第1目標空燃比を高く設定することにより、DPF3に流入する排気の空燃比がストイキ以下となってPM燃焼効率が低下する不具合を回避できる。
The exhaust purification apparatus of the present embodiment includes a catalyst deterioration
本実施形態の排気浄化装置は、目標空燃比として第1目標空燃比より低い第2目標空燃比を設定する第2目標空燃比設定部53と、DPF3に流入する排気の排気空燃比が所定の閾値を下回った場合には、目標空燃比を第1目標空燃比から第2目標空燃比に切り替える切替部55と、を含んで構成した。これにより、DPF3に流入する排気の排気空燃比が所定の閾値を下回った場合には、目標空燃比がより低く設定されるため、NOx浄化触媒2の硫黄除去を早期に完了させることができ、燃費の悪化をより軽減できる(図12参照)。
The exhaust purification apparatus of this embodiment includes a second target air-fuel
本実施形態の排気浄化装置は、NOx浄化触媒の劣化度合に基づいて第2目標空燃比を設定する第2目標空燃比設定部53を含んで構成した。これにより、NOx浄化触媒2の酸素吸蔵能(OSC)に応じて、硫黄除去とPM燃焼除去の最中で目標空燃比を切り替える際に、NOx浄化触媒2へ流入する酸素濃度を調節できる。このため、常に酸素不足によるPM燃焼効率の低下や、酸素過多による硫黄除去効率の低下を回避できる。
The exhaust purification device of the present embodiment includes a second target air-fuel
本実施形態の排気浄化装置は、触媒劣化度合推定部54を備えるとともに、触媒劣化度合推定部54により推定されたNOx浄化触媒2の劣化度合が大きいほど、第2目標空燃比を高く設定する第2目標空燃比設定部53を含んで構成した。これにより、酸素不足によるPM燃焼効率の低下や、酸素過多による硫黄除去効率の低下を回避できる。また、DPF3に流入する排気の空燃比がストイキ以下となってPM燃焼効率が低下する不具合を回避できる。
The exhaust purification apparatus of this embodiment includes a catalyst deterioration
本実施形態の排気浄化装置は、NOx浄化触媒2の温度が高いほど、第2目標空燃比を低く設定する第2目標空燃比設定部53を含んで構成した。これにより、NOx浄化触媒2の温度が高くなった場合に、第2目標空燃比が低く設定されるため、単位時間あたりに放出される硫黄分の量を増加させることができる結果、硫黄除去をより早期に完了させることができ、燃費の悪化をより軽減できる。
The exhaust purification device of the present embodiment is configured to include a second target air-fuel
本実施形態の排気浄化装置は、NOx浄化触媒2に流入する排気の排気空燃比またはDPF3に流入する排気の排気空燃比が低いほど、再生処理の時間を短く設定する再生処理時間設定部56を含んで構成した。これにより、硫黄除去中にNOx浄化触媒2で単位時間あたり消費される還元剤が多いほど、硫黄除去時間が短縮されるため、燃費の悪化をより軽減できる。
The exhaust purification device of this embodiment includes a regeneration processing
本実施形態の排気浄化装置は、貴金属および酸化セリウム系材料を含む第1触媒層を備えるNOx浄化触媒2を含んで構成した。これにより、酸化セリウム系材料の低温でのNOx吸着能力により、始動直後やアイドル時などの低温状態であっても、高いNOx浄化性能が発揮される。また、NOx浄化触媒2のOSCが飛躍的に高まるため、硫黄除去とPM燃焼除去を同時に実行できる時間が長くなる結果、再生処理に要するトータルの時間を短縮できる。 The exhaust purification device of the present embodiment is configured to include the NOx purification catalyst 2 including the first catalyst layer containing a noble metal and a cerium oxide-based material. Thereby, high NOx purification performance is exhibited even in a low temperature state such as immediately after start-up or during idling due to the low-temperature NOx adsorption ability of the cerium oxide-based material. In addition, since the OSC of the NOx purification catalyst 2 is dramatically increased, the time during which the sulfur removal and the PM combustion removal can be performed at the same time is increased. As a result, the total time required for the regeneration process can be shortened.
本実施形態の排気浄化装置は、NH3吸着材としてのゼオライトを含む第2触媒層を備えるNOx浄化触媒2を含んで構成した。これにより、NH3吸着量を増加させることができるうえ、リーン時におけるNOxとの反応性を向上させることができる。 The exhaust purification device of the present embodiment is configured to include the NOx purification catalyst 2 including the second catalyst layer containing zeolite as the NH 3 adsorbent. Thereby, the amount of NH 3 adsorption can be increased, and the reactivity with NOx at the time of lean can be improved.
本実施形態の排気浄化装置は、第2触媒層が第1触媒層上に設けられたNOx浄化触媒2を含んで構成した。これにより、リッチ化制御時に生成したNH3を効率的に捕捉し、次のリーン時にNOx浄化に効率的に用いることができるため、NOx浄化性能がより向上する。 The exhaust purification apparatus of the present embodiment is configured to include the NOx purification catalyst 2 in which the second catalyst layer is provided on the first catalyst layer. Thus, NH 3 generated during the enrichment control can be efficiently captured and used for NOx purification during the next lean, so that the NOx purification performance is further improved.
本実施形態の排気浄化装置は、捕集したパティキュレートを燃焼するための燃焼触媒が担持されたDPF3を含んで構成した。これにより、DPF3の温度が600℃以下の場合であっても、PMの燃焼除去が可能である。このため、低温で効率的にDPF3を再生でき、燃費の悪化をより軽減できる。
The exhaust emission control device of the present embodiment is configured to include the
本実施形態の排気浄化装置は、酸素吸蔵放出能を有する複合酸化物にAgを担持してなる燃焼触媒を含んで構成した。これにより、PMの燃焼除去が、500℃程度でも可能になるため、車両走行中にDPF3の温度が500℃程度まで低下した場合であっても、PMの燃焼除去が可能であるとともに、DPF3の再生速度を大幅に向上できる。従って、硫黄除去とPM燃焼除去に要するトータルの処理時間が短縮でき、燃費の悪化をより軽減できる。
The exhaust purification device of this embodiment is configured to include a combustion catalyst in which Ag is supported on a composite oxide having oxygen storage / release capability. As a result, PM can be burned and removed even at about 500 ° C. Therefore, PM can be burned and removed even when the temperature of the
本実施形態の排気浄化装置は、排気中に含まれるNOをNO2に変換するNO2生成触媒が担持されたDPF3を含んで構成した。これにより、PMの燃焼をさらに促進させることができ、DPF3の再生速度を向上させることができる。従って、硫黄除去とPM燃焼除去に要するトータルの処理時間が短縮でき、燃費の悪化をより軽減できる。
Exhaust purifying apparatus of the present embodiment, NO 2 generating catalyst to convert the NO in the exhaust to NO 2 is configured to include a DPF3 carried. Thereby, the combustion of PM can be further promoted, and the regeneration speed of the
本実施形態の排気浄化装置は、Pt、Pd、およびRhのうち少なくともいずれか1つの元素が、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、ジルコニア、およびセリアのうち少なくともいずれか1つの担体に担持されてなるNO2生成触媒を含んで構成した。これにより、高比表面積担体上に担持されている貴金属の作用によってNO2生成能を高めることができ、より効率的にNO2をPM燃焼に用いることができる結果、DPF3の再生速度をより向上させることができる。従って、硫黄除去とPM燃焼除去に要するトータルの処理時間が短縮でき、燃費の悪化をより軽減できる。
In the exhaust emission control device of this embodiment, at least any one element of Pt, Pd, and Rh is supported on at least any one of alumina, silica, silica alumina, zirconia, and ceria. It comprised 2 production | generation catalysts. As a result, the ability of NO 2 generation can be increased by the action of the noble metal supported on the high specific surface area support, and NO 2 can be used more efficiently for PM combustion. As a result, the regeneration rate of
本実施形態では、ECU5が、再生手段、第1目標空燃比設定手段、第2目標空燃比設定手段、切替手段、触媒劣化度合推定手段、および再生処理時間設定手段を構成する。具体的には、図10のステップS13に係る手段が第1目標空燃比設定手段に相当し、ステップS14に係る手段が切替手段に相当し、ステップS15に係る手段が第2目標空燃比設定手段に相当し、ステップS16に係る手段が再生処理時間設定手段に相当する。
In the present embodiment, the
なお、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、第1目標空燃比設定部52が、NOx浄化触媒2の温度、NOx浄化触媒2に流入する排気の温度、およびNOx浄化触媒2に流入する排気の流量のうちいずれか1つに基づいて第1目標空燃比を設定するものであってもよい。同様に、第2目標空燃比設定部53が、NOx浄化触媒2の温度、NOx浄化触媒2に流入する排気の温度、およびNOx浄化触媒2に流入する排気の流量のうちいずれか1つに基づいて、第1目標空燃比より低い第2目標空燃比を設定するものであってもよい。
このとき、NOx浄化触媒2の温度は、触媒温度センサ14により検出された値を用いることができる。NOx浄化触媒2に流入する排気の温度は、NOx浄化触媒2の上流側の排気通路内に排気温度センサを設け、この排気温度センサにより検出された値を用いることができる。NOx浄化触媒2に流入する排気の流量は、NOx浄化触媒2の上流側の排気通路内にエアフローメータを設け、このエアフローメータにより検出された値を用いることができる。
また、例えば、再生処理時間設定部56が、NOx浄化触媒2に流入する排気の排気空燃比、即ちFront_A/Fが低いほど、再生処理時間を短く設定するものであってもよい。
In addition, this embodiment is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation is possible.
For example, the first target air-fuel
At this time, the value detected by the
Further, for example, the regeneration processing
[NOx浄化触媒]
表1に示す組成のNOx浄化触媒を、400セル/3.5ミルコージェライト製ハニカム構造体に、含浸法により担持させたものを実施例とした。
また、PtRh/Ba/Al2O3の組成を有するNOx浄化触媒を、実施例と同様の構造体に担持させたものを比較例とした。
[NOx purification catalyst]
An NOx purification catalyst having the composition shown in Table 1 was supported on a 400 cell / 3.5 mil cordierite honeycomb structure by an impregnation method.
Further, a comparative example in which a NOx purification catalyst having a composition of PtRh / Ba / Al 2 O 3 was supported on a structure similar to that of the example was used.
[DPF]
表2に示す組成の燃焼触媒(下層がPM燃焼触媒、上層がNO2生成触媒)を、ウォールフロータイプのSiC製DPF(気孔径23μm、気孔率52%)に、含浸法により担持させたものを実施例とした。
また、後述のエンジン101を運転させ、上記ウォールフロータイプのSiC製DPFにPMのみを捕集させたものを比較例とした。
[DPF]
Combustion catalyst with composition shown in Table 2 (lower layer is PM combustion catalyst, upper layer is NO 2 production catalyst) supported on DPF made of wall flow type SiC (pore diameter 23μm, porosity 52%) by impregnation method Was taken as an example.
Further, an
[評価]
上記の処理を行ったNOx浄化触媒およびDPFを用いて、図13に示すような排気系レイアウトの排気浄化装置を構成した。エンジン101としては、2.2Lディーゼルエンジンを用い、NOx浄化触媒の容量を1L、DPFの容量を2Lとした。このエンジン101を所定の条件で所定時間運転し、NOx浄化触媒に硫黄分を捕捉させ、DPFにPMを捕集させた。
[Evaluation]
Using the NOx purification catalyst and DPF subjected to the above-described treatment, an exhaust purification device having an exhaust system layout as shown in FIG. 13 was configured. As the
NOx浄化触媒について、昇温脱離法により、S脱離量と温度との関係を調べた。結果を図14に示す。図14に示すように、本実施例のNOx浄化触媒は、比較例に比してより低温の600℃程度で硫黄分を脱離することが確認された。 Regarding the NOx purification catalyst, the relationship between the amount of S desorption and the temperature was examined by the temperature-programmed desorption method. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 14, it was confirmed that the NOx purification catalyst of this example desorbs sulfur at a lower temperature of about 600 ° C. as compared with the comparative example.
DPFについて、TG−DTA法により、PM燃焼に伴う発熱量と温度との関係を調べた。結果を図15に示す。図15に示すように、本実施例のDPFに担持させた燃焼触媒は、400℃の低温でPMを燃焼できることが確認された。 About DPF, the relationship between the emitted-heat amount accompanying PM combustion and temperature was investigated by TG-DTA method. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 15, it was confirmed that the combustion catalyst supported on the DPF of this example can combust PM at a low temperature of 400 ° C.
1 エンジン(内燃機関)
2 NOx浄化触媒(NOx浄化触媒)
3 DPF(パティキュレートフィルタ)
4 排気管(排気通路)
5 ECU(再生手段、第1目標空燃比設定手段、第2目標空燃比設定手段、触媒劣化度合推定手段、切替手段、再生処理時間設定手段)
1 engine (internal combustion engine)
2 NOx purification catalyst (NOx purification catalyst)
3 DPF (Particulate Filter)
4 Exhaust pipe (exhaust passage)
5 ECU (regeneration means, first target air-fuel ratio setting means, second target air-fuel ratio setting means, catalyst deterioration degree estimation means, switching means, regeneration processing time setting means)
Claims (14)
前記NOx浄化触媒は、リーン側で酸素を吸蔵し、吸蔵した酸素をリッチ側で放出する酸素吸蔵放出材を有し、
前記排気浄化装置は、前記NOx浄化触媒に流入する排気の排気空燃比を、リーン側からリッチ側にリッチ化制御することにより、前記NOx浄化触媒に捕捉された硫黄分を浄化するとともに、前記パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを浄化する再生処理を実行する再生手段と、
前記リッチ化制御時における前記NOx浄化触媒に流入する排気の目標空燃比として、第1目標空燃比を設定する第1目標空燃比設定手段と、
前記リッチ化制御時における前記NOx浄化触媒に流入する排気の目標空燃比として、前記第1目標空燃比より低い第2目標空燃比を設定する第2目標空燃比設定手段と、
前記パティキュレートフィルタに流入する排気の排気空燃比が所定の閾値を下回った場合には、前記目標空燃比を前記第1目標空燃比から前記第2目標空燃比に切り替える切替手段と、を備え、
前記再生手段は、前記NOx浄化触媒に流入する排気の排気空燃比が、前記第1目標空燃比に一致するように前記排気空燃比を制御することにより、前記再生処理を実行し、前記切替手段により前記目標空燃比が前記第2目標空燃比に切り替わったときには、前記NOx浄化触媒に流入する排気の排気空燃比が、前記第2目標空燃比に一致するように前記排気空燃比を制御することにより、前記再生処理を実行することを特徴とする排気浄化装置。 An NOx purification catalyst that is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and purifies NOx by repeating lean and rich, and is provided on the downstream side of the NOx purification catalyst in the exhaust passage and collects particulates in the exhaust. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising a particulate filter,
The NOx purification catalyst has an oxygen storage / release material that stores oxygen on the lean side and releases the stored oxygen on the rich side,
The exhaust purification device purifies the sulfur content captured by the NOx purification catalyst by enriching the exhaust air / fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst from the lean side to the rich side, and A regeneration means for performing a regeneration process for purifying the particulates collected by the curate filter ;
First target air-fuel ratio setting means for setting a first target air-fuel ratio as a target air-fuel ratio of exhaust flowing into the NOx purification catalyst during the enrichment control;
Second target air-fuel ratio setting means for setting a second target air-fuel ratio lower than the first target air-fuel ratio as a target air-fuel ratio of exhaust flowing into the NOx purification catalyst during the enrichment control;
Switching means for switching the target air-fuel ratio from the first target air-fuel ratio to the second target air-fuel ratio when the exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter falls below a predetermined threshold;
The regeneration means executes the regeneration processing by controlling the exhaust air / fuel ratio so that an exhaust air / fuel ratio of exhaust flowing into the NOx purification catalyst matches the first target air / fuel ratio, and the switching means When the target air-fuel ratio is switched to the second target air-fuel ratio, the exhaust air-fuel ratio of the exhaust flowing into the NOx purification catalyst is controlled so as to match the second target air-fuel ratio. Thus, the exhaust purification device is characterized in that the regeneration process is executed .
前記第1目標空燃比設定手段は、前記触媒劣化度合推定手段により推定された前記NOx浄化触媒の劣化度合が大きいほど、前記第1目標空燃比を高く設定することを特徴とする請求項2に記載の排気浄化装置。 The exhaust purification device further includes a catalyst deterioration degree estimating means for estimating the deterioration degree of the NOx purification catalyst based on an integrated value of the fuel injection amount of the internal combustion engine,
Wherein the first target air-fuel ratio setting means, as the degree of deterioration of the NOx purification catalyst estimated by said catalyst deterioration degree estimation means is larger, in claim 2, characterized in that set high the first target air-fuel ratio The exhaust emission control device described.
前記第2目標空燃比設定手段は、前記触媒劣化度合推定手段により推定された前記NOx浄化触媒の劣化度合が大きいほど、前記第2目標空燃比を高く設定することを特徴とする請求項4に記載の排気浄化装置。 The exhaust purification device further includes a catalyst deterioration degree estimating means for estimating the deterioration degree of the NOx purification catalyst based on an integrated value of the fuel injection amount of the internal combustion engine,
It said second target air-fuel ratio setting means, as the degree of deterioration of the NOx purification catalyst estimated by said catalyst deterioration degree estimation means is larger, in claim 4, characterized in that set high the second target air-fuel ratio The exhaust emission control device described.
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