JP5482222B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、NOx吸蔵還元触媒とNOx選択還元触媒とを備える内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that includes a NOx storage reduction catalyst and a NOx selective reduction catalyst.
従来、例えば特開2009−114879号公報に開示されるように、内燃機関の排気通路に上流側からSOxトラップ触媒と、NOx吸蔵還元触媒(以下、「NSR触媒」と称する)と、NOx選択還元触媒(以下、「SCR」と称する)と、が設けられた排気浄化装置が知られている。NSR触媒は、内燃機関から排出される燃焼ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)を触媒内部に吸蔵する吸蔵機能と、NOxおよび炭化水素(HC)等を浄化処理する触媒機能と、を備えた触媒である。内燃機関がリーン空燃比で運転される場合には、NOxを多量に含む排気ガスが排出される。このため、上記のNSR触媒は、このNOxをその内部に吸蔵して、該NOxが触媒下流へ放出される事態を抑制する。また、SOxトラップ触媒は、排気ガス中に含まれるSOxを捕獲しうる触媒であって、NSR触媒へのSOx吸蔵を抑制する。 Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-111489, an SOx trap catalyst, a NOx occlusion reduction catalyst (hereinafter referred to as “NSR catalyst”), and NOx selective reduction from the upstream side to the exhaust passage of the internal combustion engine An exhaust purification device provided with a catalyst (hereinafter referred to as “SCR”) is known. The NSR catalyst has an occlusion function that occludes nitrogen oxide (NOx) contained in combustion gas discharged from the internal combustion engine inside the catalyst, and a catalytic function that purifies NOx and hydrocarbons (HC) and the like. It is a catalyst. When the internal combustion engine is operated at a lean air-fuel ratio, exhaust gas containing a large amount of NOx is discharged. For this reason, the above-mentioned NSR catalyst occludes this NOx therein, and suppresses the situation where the NOx is released downstream of the catalyst. The SOx trap catalyst is a catalyst that can capture SOx contained in the exhaust gas, and suppresses SOx occlusion in the NSR catalyst.
また、SCRは、アンモニアによりNOxを選択的に還元可能な触媒である。機関運転を一時的にリッチ空燃比に制御すると、NSR触媒内におけるNOxの還元反応によってアンモニアが生成される。SCRでは、このアンモニアを利用して、NOxが選択的に還元される。 The SCR is a catalyst capable of selectively reducing NOx with ammonia. When the engine operation is temporarily controlled to a rich air-fuel ratio, ammonia is generated by the reduction reaction of NOx in the NSR catalyst. In SCR, NOx is selectively reduced using this ammonia.
内燃機関がリーン空燃比で運転される場合には、上述した従来の装置のように、NSR触媒とSCRを備えた排気浄化装置によって、排気ガスを有効に浄化することができる。しかしながら、内燃機関の運転条件によっては、常にリーン運転が行われるとは限らない。すなわち、内燃機関の運転空燃比は、運転条件によって変化する。例えば、内燃機関に対して高負荷要求が出されている場合等においては、運転空燃比をストイキとするストイキ運転が行われる場合もある。この場合、三元活性が低いNSR触媒では、ストイキ運転中の排気ガスを有効に浄化できないおそれがある。このため、リーンバーン運転が可能な内燃機関において、単にNSR触媒とSCRとを配置した排気浄化装置では、排気浄化性能を高く維持することができず、改善が望まれていた。 When the internal combustion engine is operated at a lean air-fuel ratio, the exhaust gas can be effectively purified by the exhaust gas purification device including the NSR catalyst and the SCR as in the conventional device described above. However, the lean operation is not always performed depending on the operating conditions of the internal combustion engine. That is, the operating air-fuel ratio of the internal combustion engine varies depending on the operating conditions. For example, when a high load request is issued to the internal combustion engine, stoichiometric operation with the operating air-fuel ratio as stoichiometric may be performed. In this case, there is a possibility that the exhaust gas during the stoichiometric operation cannot be effectively purified with an NSR catalyst having a low ternary activity. For this reason, in an internal combustion engine capable of lean burn operation, an exhaust purification device in which an NSR catalyst and an SCR are simply arranged cannot maintain high exhaust purification performance, and an improvement has been desired.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、リーンバーン運転が可能な内燃機関において、機関運転空燃比によらず高い浄化性能を維持することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and in an internal combustion engine capable of lean burn operation, exhaust purification of the internal combustion engine that can maintain high purification performance regardless of the engine operating air-fuel ratio. An object is to provide an apparatus.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、リーンバーン運転が可能な内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配置されたNOx吸蔵還元触媒(以下、NSR触媒)と、
前記NSR触媒の下流側に配置されたNOx選択還元触媒(以下、SCR)と、
前記排気通路における前記NSR触媒の上流側から分岐する分岐通路と、
前記分岐通路に配置された三元触媒と、
前記排気通路と前記分岐通路との分岐部に配置され、当該分岐部下流の排気通路と前記分岐通路とに流れる排気ガスの流量比率を可変に設定するための流量制御弁と、
前記内燃機関の運転空燃比に基づいて、前記流量制御弁を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記内燃機関のストイキ運転中は、少なくとも排気ガスの一部が前記分岐通路へ流通するように、前記流量制御弁を制御し、前記内燃機関のストイキ運転中の負荷が所定の高負荷値よりも高い場合に、排気ガスが前記分岐部下流の排気通路および前記分岐通路の両方へ流通するように前記流量制御弁を制御することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is an exhaust purification device for an internal combustion engine capable of lean burn operation,
A NOx occlusion reduction catalyst (hereinafter referred to as NSR catalyst) disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
A NOx selective reduction catalyst (hereinafter referred to as SCR) disposed downstream of the NSR catalyst;
A branch passage branched from the upstream side of the NSR catalyst in the exhaust passage;
A three-way catalyst disposed in the branch passage;
A flow rate control valve that is disposed at a branch portion between the exhaust passage and the branch passage, and variably sets a flow rate ratio of exhaust gas flowing in the exhaust passage downstream of the branch portion and the branch passage;
Control means for controlling the flow rate control valve based on the operating air-fuel ratio of the internal combustion engine,
The control means controls the flow rate control valve so that at least a part of the exhaust gas flows to the branch passage during the stoichiometric operation of the internal combustion engine, and a load during the stoichiometric operation of the internal combustion engine is predetermined. The flow rate control valve is controlled so that the exhaust gas flows to both the exhaust passage and the branch passage downstream of the branch portion when the load value is higher than the high load value .
第2の発明は、第1の発明において、
前記制御手段は、前記内燃機関のリーンバーン運転中は、排気ガスの全量が前記分岐部下流の排気通路へ流通するように前記流量制御弁を制御することを特徴とする。
According to a second invention, in the first invention,
The control means controls the flow rate control valve so that the entire amount of exhaust gas flows through the exhaust passage downstream of the branch portion during the lean burn operation of the internal combustion engine.
第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記制御手段は、前記内燃機関のストイキ運転中の負荷が前記所定の高負荷値よりも低い場合に、排気ガスの全量が前記分岐通路へ流通するように前記流量制御弁を制御することを特徴とする。
According to a third invention, in the first or second invention,
The control means controls the flow rate control valve so that the entire amount of exhaust gas flows into the branch passage when the load during the stoichiometric operation of the internal combustion engine is lower than the predetermined high load value. And
第4の発明は、第1乃至第3の何れか1つの発明において、
前記分岐通路の下流端は、前記排気通路における前記NSR触媒の下流且つ前記SCRの上流の位置に合流していることを特徴とする。
A fourth invention is any one of the first to third inventions,
The downstream end of the branch passage is joined to a position downstream of the NSR catalyst and upstream of the SCR in the exhaust passage.
第1の発明によれば、内燃機関のストイキ運転中は、少なくとも排気ガスの一部が、三元触媒が配置された分岐通路へ流通される。このため、本発明によれば、三元活性の低いNSR触媒によって高浄化率を維持することのできないストイキ運転中においても、三元活性の高い三元触媒を利用して、高い浄化性能を維持することができる。
また、本発明によれば、内燃機関のストイキ運転中の負荷が所定の高負荷値よりも高い場合に、三元触媒が配置された分岐通路と、NSR触媒およびSCRが配置された排気通路との両方に排気ガスが流通される。高負荷運転時は、排気ガス流量が多量であるため、分岐通路における三元触媒の下流に未浄化の排気ガスがすり抜けてしまうおそれがある。一方において、NSR触媒はNOx吸蔵機能だけでなく三元機能も有している。このため、本発明によれば、三元触媒の三元機能に加えて、NSR触媒の三元機能も有効に利用することができるので、高負荷ストイキ運転中においても高い浄化性能を維持することができる。
According to the first invention, during the stoichiometric operation of the internal combustion engine, at least a part of the exhaust gas is circulated to the branch passage in which the three-way catalyst is arranged. For this reason, according to the present invention, even during a stoichiometric operation in which a high purification rate cannot be maintained by an NSR catalyst having a low three-way activity, a high three-way catalyst is used to maintain a high purification performance. can do.
Further, according to the present invention, when the load during the stoichiometric operation of the internal combustion engine is higher than a predetermined high load value, the branch passage in which the three-way catalyst is arranged, the exhaust passage in which the NSR catalyst and the SCR are arranged, Exhaust gas is circulated through both. During high-load operation, the exhaust gas flow rate is large, so that unpurified exhaust gas may slip through the branch passage downstream of the three-way catalyst. On the other hand, the NSR catalyst has not only a NOx storage function but also a ternary function. For this reason, according to the present invention, in addition to the three-way function of the three-way catalyst, the three-way function of the NSR catalyst can be used effectively, so that high purification performance can be maintained even during high-load stoichiometric operation. Can do.
第2の発明によれば、内燃機関のリーンバーン運転中は、排気ガスの全量がNSR触媒およびSCRを備える排気通路へ流通される。このため、本発明によれば、三元触媒によって高浄化率を維持できないリーンバーン運転中に、NSR触媒およびSCRを有効に利用することができるので、リーンバーン運転中であっても高い浄化性能を維持することができる。 According to the second invention, during the lean burn operation of the internal combustion engine, the entire amount of the exhaust gas is circulated to the exhaust passage provided with the NSR catalyst and the SCR. Therefore, according to the present invention, since the NSR catalyst and the SCR can be used effectively during the lean burn operation in which the high purification rate cannot be maintained by the three-way catalyst, high purification performance even during the lean burn operation. Can be maintained.
第3の発明によれば、内燃機関のストイキ運転中の負荷が所定の高負荷値よりも低い場合に、排気ガスの全量が三元触媒を有する分岐通路へ流通される。このため、本発明によれば、NSR触媒およびSCRによって高浄化率を維持できないストイキ運転中に、三元触媒を最大限に利用することができるので、ストイキ運転中であっても高い浄化性能を維持することができる。 According to the third invention, when the load during the stoichiometric operation of the internal combustion engine is lower than a predetermined high load value , the entire amount of the exhaust gas is circulated to the branch passage having the three-way catalyst. For this reason, according to the present invention, since the three-way catalyst can be utilized to the maximum extent during the stoichiometric operation in which the high purification rate cannot be maintained by the NSR catalyst and the SCR, high purification performance can be obtained even during the stoichiometric operation. Can be maintained.
第4の発明によれば、分岐通路に配置された三元触媒の下流に排出されてしまう非メタン炭化水素(NMHC)成分等をSCRにおいて浄化することができる。 According to the fourth invention, non-methane hydrocarbon (NMHC) components and the like that are discharged downstream of the three-way catalyst disposed in the branch passage can be purified by the SCR.
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.
実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施の形態1の構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施の形態のシステムは、内燃機関(エンジン)10を備えている。内燃機関10の排気側には、排気通路12が連通している。排気通路12には、三元触媒であるスタート触媒(以下、「SC」と称する)14が配置されている。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system of the present embodiment includes an internal combustion engine (engine) 10. An
排気通路12は、SC14の下流側において、第1排気通路121と第2排気通路122とに分岐している。第1排気通路121の途中には、NSR触媒(NOx吸蔵還元触媒)16が配置され、その下流側にはSCR(NOx選択還元触媒)18が配置されている。また、第2排気通路122の途中には、三元触媒(以下、「TWC」と称する)20が配置されている。
The
内燃機関10は、空燃比がリッチである場合に、HCおよびCOを排出し易い。また、空燃比がリーンである場合にNOxを排出しやすい。SC14およびTWC20は、リーン雰囲気では酸素(O2)を吸着しながらNOxを還元(N2に浄化)する。他方、リッチ雰囲気では、酸素を放出しながらHCおよびCOを酸化(H2O、CO2に浄化)する。また、リッチ雰囲気下では、排気ガス中に含まれる窒素が水素と反応することにより、アンモニア(NH3)が生成される。
The
NSR触媒16は、リーン雰囲気下では、排気ガス中に含まれるNOxを吸蔵する。また、NSR触媒16は、吸蔵しているNOxをリッチ雰囲気下で放出する。リッチ雰囲気下で放出されたNOxは、HCやCOにより還元される。この際、SC14の場合と同様に、NSR触媒16においてもNH3が生成される。
The
SCR18は、SC14およびNSR触媒16が、リッチ雰囲気下で生成するNH3を吸蔵し、リーン雰囲気下では、NH3を還元剤として、排気ガス中のNOxを選択的に還元する機能を有している。SCR18によれば、NSR触媒16の下流に吹き抜けてきたNH3およびNOxが大気中に放出される事態を有効に阻止することができる。
The
図1に示すシステムは、排気通路12の分岐点、すなわち第1排気通路121および第2排気通路122の上流端と該排気通路12との連通部に流量調整弁22を備えている。流量調整弁22は、内燃機関10から排気された排気ガスの流通先を第1排気通路121と第2排気通路122との間で切り替える或いは所定の流量比率に調整することができる。
The system shown in FIG. 1 includes a flow
また、図1に示すシステムは、排気通路12におけるSC14の上流側に、空燃比(A/F)センサ24を備えている。A/Fセンサ24は、内燃機関10の排気空燃比を検出することができる。また、排気通路12における流量調整弁22の上流側且つSC14の下流側の位置、および、第1排気通路121と第2排気通路122との合流点下流の位置に、酸素(O2)センサ26,28を備えている。O2センサ26,28は、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を発生するセンサである。
In addition, the system shown in FIG. 1 includes an air-fuel ratio (A / F)
本実施の形態のシステムは、図1に示すとおり、ECU(Electronic Control Unit)30を備えている。ECU30の出力部には、上述した流量調整弁22等の種々のアクチュエータが接続されている。ECU30の入力部には、上述したA/Fセンサ24、O2センサ26,28の他、内燃機関10の運転条件および運転状態を検出するための種々のセンサ類が接続されている。ECU30は、入力された各種の情報に基づいて、図1に示すシステムの状態を制御することができる。
The system according to the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 30 as shown in FIG. Various actuators such as the flow
[実施の形態1の動作]
先ず、NSR触媒16の機能および動作について説明する。ECU30は、通常、内燃機関10をリーン空燃比で運転(リーン運転)させる。リーン運転中は、NOx等の酸化剤がHC、CO等の還元剤よりも多量に排出される。このため、TWC20を用いて当該排気ガスを浄化しようとしても、還元剤の不足によって全てのNOxを浄化することができない。そこで、本実施の形態1のシステムでは、リーン運転中は、排気ガスの全量が排気通路12から第1排気通路121へ流通するように流量調整弁22を制御することとしている。第1排気通路121にはNSR触媒16が配置されている。NSR触媒16は、NOxをBa(NO3)2等の硝酸塩として吸蔵する機能を有している。このため、本実施の形態1のシステムによれば、リーン運転中であっても、該NOxが大気中に放出されてしまう事態を効果的に抑制することができる。
[Operation of Embodiment 1]
First, the function and operation of the
但し、NSR触媒16のNOx吸蔵性能は、吸蔵量が増加するにつれて低下してしまう。このため、リーン運転が長時間継続されると、吸蔵されなかったNOxが該触媒下流に吹き抜けてしまう。そこで、本実施の形態1のシステムでは、NSR触媒16に吸蔵されたNOxを定期的に脱離させて処理するリッチスパイク制御が実行される。より具体的には、NSR触媒16の吸蔵性能が低下する所定のタイミングで、内燃機関10の排気空燃比が一時的にリッチに(例えば、A/F=12)される。リッチスパイク実行中の排気ガスには、HC、CO、H2等の還元剤が多量に含まれている。このため、これらの還元剤がNSR触媒16内へ導入されると、硝酸塩として吸蔵されていたNOxは、NOまで還元されて塩基から脱離される。脱離したNOxは、NSR触媒16内の触媒上でN2等に浄化されて処理される。このように、リーン運転中にリッチスパイクを実行することにより、NSR触媒16に吸蔵されていたNOxを脱離処理することができるので、NOx吸蔵性能を有効に回復させることができる。
However, the NOx storage performance of the
次に、SCR18の機能について説明する。上述したとおり、リッチスパイクの実行によって、NSR触媒16のNOx吸蔵性能を有効に回復させることができる。しかしながら、リッチスパイクが実行されると、該NSR触媒16から脱離したNOxの一部が浄化されずにそのまま下流に吹き抜けてしまう。また、上述したとおり、リーン運転中にNSR触媒16に吸蔵されずに下流に吹き抜けるNOxも存在する。これらの吹き抜けNOxがそのまま大気中に放出されてしまうとエミッションの悪化を招いてしまう。
Next, the function of the
そこで、本実施の形態1のシステムは、NSR触媒16の下流側に吹き抜けたNOxを処理するためのSCR18を備えることとしている。上述したとおり、SCR18は、SC14およびNSR触媒16が、リッチ雰囲気下で生成するNH3をその内部に吸蔵している。このため、SCR18によれば、NSR触媒16の下流に吹き抜けてきたNOxをNH3で選択的に還元して浄化することができる。これにより、NOxが大気中に放出されてエミッションが悪化する事態を有効に阻止することができる。
Therefore, the system according to the first embodiment includes an
NSR触媒とSCRとを有する排気系の浄化性能について、以下詳細に考察する。図2は、NSR触媒とSCRとを備える排気系において、リーン運転時のNOx浄化率を説明するための図である。尚、この図において、(a)は本実施の形態1のシステムにおける第1排気通路121側の排気系と同様の構成として、排気通路の上流側からSC、NSR触媒、およびSCRがそれぞれ配置された排気系を、(b)はその比較例として、排気通路の上流側からSC、TWC、および2倍のSCRがそれぞれ配置された排気系を、それぞれ示している。また、排気ガスのサンプルは、NSR触媒またはTWCの出口側の位置、およびSCRの出口側の位置で採取したものを示している。
The purification performance of the exhaust system having the NSR catalyst and the SCR will be discussed in detail below. FIG. 2 is a diagram for explaining the NOx purification rate during the lean operation in the exhaust system including the NSR catalyst and the SCR. In this figure, (a) has the same configuration as the exhaust system on the
この図に示すとおり、(a)の排気系構成では、NSR触媒の出口およびSCRの出口の何れのサンプルにおいても、(b)のそれよりも3倍以上のNOx浄化率を示している。このことから、リーン運転中においては、TWCよりもNSR触媒のほうが有効にNOxを浄化できることが分かる。また、図3は、NSR触媒およびTWCにおけるアンモニア発生量を示す図である。この図に示すとおり、NSR触媒では多量のアンモニア(NH3)が生成されるのに対し、TWCではその性質上これを望むことはできない。この結果から、該SCRにおけるNOx浄化率を高めるためには、SCRの上流にNSR触媒を配置する排気系構成が好適であることが分かる。 As shown in this figure, in the exhaust system configuration of (a), the NOx purification rate is three times or more than that of (b) in any of the NSR catalyst outlet and SCR outlet samples. From this, it can be seen that during lean operation, the NSR catalyst can purify NOx more effectively than the TWC. FIG. 3 is a graph showing the amount of ammonia generated in the NSR catalyst and TWC. As shown in this figure, the NSR catalyst produces a large amount of ammonia (NH 3 ), whereas the TWC cannot achieve this because of its nature. From this result, it can be seen that an exhaust system configuration in which an NSR catalyst is arranged upstream of the SCR is suitable for increasing the NOx purification rate in the SCR.
[本実施の形態1の特徴的動作]
上述したとおり、ECU30は、通常、内燃機関10をリーン空燃比で運転(リーン運転)させる。図4は、リーン運転中の流量調整弁の制御について説明するための図である。この図に示すとおり、リーン運転中は、排気ガスの全量が排気通路12から第1排気通路121へ流通するように流量調整弁22を制御することとしている。この場合、排気ガスの全量が第1排気通路121に配置されているNSR触媒16およびSCR18へ導入されるので、排気ガスとしてのリーンガスを有効に浄化することができる。
[Characteristic operation of the first embodiment]
As described above, the
しかしながら、内燃機関10へ加速要求や高負荷要求等の運転要求が出された場合には、内燃機関10をストイキ空燃比で運転させるストイキ運転を行ったほうがよい場合もある。この場合、ECU30は内燃機関10をストイキ運転させるため、三元機能に乏しいNSR触媒16では、ストイキガスの全てを浄化できないおそれがある。
However, when an operation request such as an acceleration request or a high load request is issued to the
そこで、本実施の形態1のシステムでは、ストイキ運転中は、排気ガスの全量が排気通路12から第2排気通路122へ流通するように流量調整弁22を制御することとしている。図5は、ストイキ運転中の流量調整弁の制御について説明するための図である。この図に示すとおり、第2排気通路122にはTWC20が配置されている。TWC20は、NSR触媒16よりもストイキ活性が高い。このため、本実施の形態1のシステムによれば、ストイキ運転中であっても、排気ガスとしてのストイキガスを有効に浄化することができる。
Therefore, in the system according to the first embodiment, during the stoichiometric operation, the flow
このように、本実施の形態のシステムによれば、内燃機関10の運転空燃比に応じて流量調整弁22が制御される。これにより、内燃機関10がリーン運転中かストイキ運転中かによらず、排気ガスを有効に浄化することができる。
Thus, according to the system of the present embodiment, the flow
[実施の形態1における具体的処理]
次に、図6を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図6は、ECU30が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図6に示すルーチンは、内燃機関10の運転中に繰り返し実行されるものとする。
[Specific Processing in Embodiment 1]
Next, with reference to FIG. 6, the specific content of the process performed in this Embodiment is demonstrated. FIG. 6 is a flowchart of a routine that the
図6に示すルーチンでは、先ず、流量調整弁22のベース位置が設定される(ステップ100)。ここでは、具体的には、流量調整弁22の弁位置が、排気ガスの全量が第1排気通路121へ流通する位置に設定される。次に、内燃機関10のストイキ運転要求が出されているか否かが判定される(ステップ102)。その結果、ストイキ運転要求が出されていない場合には、リーン運転中であると判断されて、上記ステップ100の処理が繰り返し実行される。一方、上記ステップ102において、ストイキ運転要求が出されている場合には、NSR触媒16およびSCR18を用いてストイキガスの全量を浄化することができないと判断されて、次のステップに移行し、排気ガスの全量が第2排気通路122へ流通するように、流量調整弁22が設定される(ステップ104)。これにより、排気ガスの全量がTWC20へ流通する。
In the routine shown in FIG. 6, first, the base position of the flow
図6に示すルーチンでは、次に、ストイキ運転要求が未だ継続中か否かが判定される(ステップ106)。その結果、ストイキ運転要求が継続中であると判定された場合には、未だストイキガスが排気されていると判断されて、上記ステップ104の処理が繰り返し実行される。一方、上記ステップ106においてストイキ運転要求が継続していないと判定された場合には、リーン運転に切り替わると判断されて、流量調整弁22の弁位置が再度ベース位置に戻される。
In the routine shown in FIG. 6, it is next determined whether or not the stoichiometric operation request is still continuing (step 106). As a result, when it is determined that the stoichiometric operation request is continuing, it is determined that the stoichiometric gas is still exhausted, and the process of
以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、リーン運転中は排気通路12の連通先が第1排気通路121側に設定され、ストイキ運転中は第2排気通路122側に設定される。これにより、リーン運転中はNSR触媒16およびSCR18を用いてリーンガスを有効に浄化することができ、また、ストイキ運転中は、NSR触媒16およびSCR18では完全に浄化できないストイキガスを、TWC20を用いて有効に浄化することができる。これにより、リーン運転中であってもストイキ運転中であっても、排気ガスの浄化を有効に行うことができる。
As described above, according to the system of the present embodiment, the communication destination of the
ところで、上述した実施の形態1においては、第1排気通路121におけるNSR触媒16の下流側にSCR18を配置することとしているが、SCR18の配置はこれに限られない。図7は、本実施の形態1のシステムの変形例を説明するための図である。この図に示すように、SCR18は、第1排気通路121と第2排気通路122とが合流した後の排気通路12に配置することとしてもよい。これにより、TWC20の下流に排出されてしまう非メタン炭化水素(NMHC)成分等も、当該SCR18において浄化することができる。
Incidentally, in the first embodiment described above, the
また、上述した本実施の形態1においては、ストイキ運転要求が出されているか否か基づいて、流量調整弁22の弁位置を制御することとしているが、A/Fセンサ24によって検出された排気ガスの空燃比が所定のストイキ空燃比であるか否かに基づいて、当該弁制御を実行することとしてもよい。
In the first embodiment described above, the valve position of the flow
尚、上述した実施の形態1においては、NSR触媒16が前記第1の発明における「NSR触媒」に、SCR18が前記第1の発明における「SCR」に、TWC20が前記第1の発明における「三元触媒」に、第1排気通路121が前記第1の発明における「分岐部下流の排気通路」に、第2排気通路122が前記第1の発明における「分岐通路」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態1においては、ECU30が、上記ステップ104の処理を実行することにより、前記第1の発明における「制御手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the
また、上述した実施の形態1においては、ECU30が、上記ステップ100または108の処理を実行することにより、前記第2の発明における「制御手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the “control means” according to the second aspect of the present invention is implemented when the
また、上述した実施の形態1においては、ECU30が、上記ステップ104の処理を実行することにより、前記第3の発明における「制御手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the “control means” according to the third aspect of the present invention is implemented when the
実施の形態2.
[実施の形態2の特徴]
次に、図8および図9を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU30に後述する図9に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
Embodiment 2. FIG.
[Features of Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The system of the present embodiment can be realized by causing the
上述した実施の形態1のシステムでは、内燃機関10のリーン運転中は排気ガスの全量を第1排気通路121へ流通させ、ストイキ運転中は排気ガスの全量を第2排気通路122へ流通させることとしている。ここで、内燃機関10のストイキ運転中に高負荷要求が出された場合、ストイキガスがTWC20の下流側へすり抜けてしまい、排気ガスの全量を浄化することができない場合も想定される。
In the system of the first embodiment described above, the entire amount of exhaust gas is circulated to the
そこで、本実施の形態2のシステムでは、ストイキ運転時に所定の高負荷要求が出された場合に、排気ガスの一部を第1排気通路121側へも流通させることとする。図8は、高負荷ストイキ運転中の流量調整弁の制御について説明するための図である。この図に示すように、高負荷ストイキ運転中は、第1排気通路121側と第2排気通路122側とに流通する排気ガスの流量比率が所定の比率(例えば2:7)になるように、流量調整弁22の弁位置を制御することとする。NSR触媒16は、NOx吸蔵機能だけでなく三元機能も有している。これにより、高負荷時のストイキガスが、第1排気通路121側と第2排気通路122側とに分散されるので、TWC20およびNSR触媒16の三元機能を用いて、排気ガスを有効に浄化することができる。尚、TWC20の三元活性はNSR触媒16のそれよりも高い。このため、ストイキ運転時の流量比率を設定する際には、第2排気通路122側を主とし、第1排気通路121側を従とすることが好ましい。
Therefore, in the system according to the second embodiment, when a predetermined high load request is issued during the stoichiometric operation, a part of the exhaust gas is also circulated to the
[実施の形態2における具体的処理]
次に、図9を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図9は、ECU30が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図9に示すルーチンは、内燃機関10の運転中に繰り返し実行されるものとする。
[Specific Processing in Second Embodiment]
Next, with reference to FIG. 9, the specific content of the process performed in this Embodiment is demonstrated. FIG. 9 is a flowchart of a routine that the
図9に示すルーチンでは、先ず、流量調整弁22のベース位置が設定される(ステップ200)。次に、内燃機関10のストイキ運転要求が出されているか否かが判定される(ステップ202)。ここでは、具体的には、上記ステップ100〜102と同様の処理が実行される。その結果、ストイキ運転要求が出されていない場合には、リーン運転中であると判断されて、上記ステップ200の処理が繰り返し実行される。
In the routine shown in FIG. 9, first, the base position of the flow
一方、上記ステップ202において、ストイキ運転要求が出されている場合には、NSR触媒16およびSCR18を用いてストイキガスの全量を浄化することができないと判断されて、次のステップに移行し、所定の高負荷運転であるか否か、例えば、負荷KL>90が成立するか否かが判定される(ステップ204)。その結果、KL>90の成立が認められない場合には、排気ガスの全量をTWC20において浄化可能と判断されて、次のステップに移行し、排気ガスの全量が第2排気通路122へ流通するように、流量調整弁22が設定される(ステップ206)。
On the other hand, when the stoichiometric operation request is issued in
一方、上記ステップ204において、KL>90の成立が認められた場合には、未浄化の排気ガスがTWC20の下流側にすり抜けてしまうと判断されて、次のステップに移行し、第1排気通路121および第2排気通路122に流通する排気ガスの流量比率が所定の比率となるように、流量調整弁22が設定される(ステップ208)。
On the other hand, if the establishment of KL> 90 is recognized in
図9に示すルーチンでは、次に、ストイキ運転要求が未だ継続中か否かが判定される(ステップ210)。その結果、ストイキ運転要求が継続中であると判定された場合には、未だストイキガスが排気されていると判断されて、上記ステップ204の処理が繰り返し実行される。一方、上記ステップ210においてストイキ運転要求が継続していないと判定された場合には、リーン運転に切り替わると判断されて、流量調整弁22の弁位置が再度ベース位置に戻される。
In the routine shown in FIG. 9, it is next determined whether or not the stoichiometric operation request is still continuing (step 210). As a result, when it is determined that the stoichiometric operation request is continuing, it is determined that the stoichiometric gas is still exhausted, and the process of
以上説明したとおり、本実施の形態2のシステムによれば、高負荷ストイキ運転中は、排気ガスの流通先が所定の流量比率で第1排気通路121側と第2排気通路122側とに分散される。これにより、排気ガスの一部が第1排気通路121側に流通されるので、NSR触媒16の三元機能を用いてこれらのガスを有効に浄化することができる。また、排気ガスの流通先が分散されると第2排気通路122側に流通する排気ガス流量が低減されるので、TWC20の下流側に未浄化の排気ガスがすり抜けてしまう事態を有効に抑止することができる。
As described above, according to the system of the second embodiment, during the high load stoichiometric operation, the distribution destination of the exhaust gas is distributed to the
ところで、上述した実施の形態2においては、第1排気通路121におけるNSR触媒16の下流側にSCR18を配置することとしているが、SCR18の配置はこれに限られない。すなわち、上述した図7に示すように、SCR18は、第1排気通路121と第2排気通路122とが合流した後の排気通路12に配置することとしてもよい。これにより、TWC20の下流に排出されてしまう非メタン炭化水素(NMHC)成分等も、当該SCR18において浄化することができる。
In the second embodiment described above, the
また、上述した本実施の形態2においては、ストイキ運転要求が出されているか否か基づいて、流量調整弁22の弁位置を制御することとしているが、A/Fセンサ24によって検出された排気ガスの空燃比が所定のストイキ空燃比であるか否かに基づいて、当該弁制御を実行することとしてもよい。
In the second embodiment described above, the valve position of the flow
尚、上述した実施の形態2においては、NSR触媒16が前記第1の発明における「NSR触媒」に、SCR18が前記第1の発明における「SCR」に、TWC20が前記第1の発明における「三元触媒」に、第1排気通路121が前記第1の発明における「分岐部下流の排気通路」に、第2排気通路122が前記第1の発明における「分岐通路」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態2においては、ECU30が、上記ステップ106または208の処理を実行することにより、前記第1の発明における「制御手段」が実現されている。
In the second embodiment described above, the
また、上述した実施の形態2においては、ECU30が、上記ステップ200または212の処理を実行することにより、前記第2の発明における「制御手段」が実現されている。
In the second embodiment described above, the “control means” according to the second aspect of the present invention is implemented when the
また、上述した実施の形態2においては、ECU30が、上記ステップ206の処理を実行することにより、前記第3の発明における「制御手段」が実現されている。
In the second embodiment described above, the “control means” according to the third aspect of the present invention is implemented when the
また、上述した実施の形態2においては、ECU30が、上記ステップ208の処理を実行することにより、前記第1の発明における「制御手段」が実現されている。
In the second embodiment described above, the “control means” according to the first aspect of the present invention is implemented when the
10 内燃機関(エンジン)
12 排気通路
121 第1排気通路
122 第2排気通路
14 スタート触媒(SC)
16 NOx吸蔵還元触媒(NSR触媒)
18 NOx選択還元触媒(SCR)
20 三元触媒(TWC)
22 流量調整弁
24 A/Fセンサ
26 O2センサ
28 O2センサ
30 ECU(Electronic Control Unit)
10 Internal combustion engine
12
16 NOx storage reduction catalyst (NSR catalyst)
18 NOx selective reduction catalyst (SCR)
20 Three-way catalyst (TWC)
22 Flow control valve 24 A / F sensor 26 O 2 sensor 28 O 2
Claims (4)
前記内燃機関の排気通路に配置されたNOx吸蔵還元触媒(以下、NSR触媒)と、
前記NSR触媒の下流側に配置されたNOx選択還元触媒(以下、SCR)と、
前記排気通路における前記NSR触媒の上流側から分岐する分岐通路と、
前記分岐通路に配置された三元触媒と、
前記排気通路と前記分岐通路との分岐部に配置され、当該分岐部下流の排気通路と前記分岐通路とに流れる排気ガスの流量比率を可変に設定するための流量制御弁と、
前記内燃機関の運転空燃比に基づいて、前記流量制御弁を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記内燃機関のストイキ運転中は、少なくとも排気ガスの一部が前記分岐通路へ流通するように、前記流量制御弁を制御し、前記内燃機関のストイキ運転中の負荷が所定の高負荷値よりも高い場合に、排気ガスが前記分岐部下流の排気通路および前記分岐通路の両方へ流通するように前記流量制御弁を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust purification device for an internal combustion engine capable of lean burn operation,
A NOx occlusion reduction catalyst (hereinafter referred to as NSR catalyst) disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
A NOx selective reduction catalyst (hereinafter referred to as SCR) disposed downstream of the NSR catalyst;
A branch passage branched from the upstream side of the NSR catalyst in the exhaust passage;
A three-way catalyst disposed in the branch passage;
A flow rate control valve that is disposed at a branch portion between the exhaust passage and the branch passage, and variably sets a flow rate ratio of exhaust gas flowing in the exhaust passage downstream of the branch portion and the branch passage;
Control means for controlling the flow rate control valve based on the operating air-fuel ratio of the internal combustion engine,
The control means controls the flow rate control valve so that at least a part of the exhaust gas flows to the branch passage during the stoichiometric operation of the internal combustion engine, and a load during the stoichiometric operation of the internal combustion engine is predetermined. An exhaust emission control device for an internal combustion engine , wherein the flow control valve is controlled so that exhaust gas flows through both the exhaust passage downstream of the branch section and the branch passage when the load is higher than a high load value .
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