JP5488493B2 - 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、例えば日本特開2009−97469号公報に開示されるように、三元触媒(TWC)、NOx吸蔵還元触媒(NSR触媒)、およびNOx選択還元触媒(SCR)が、内燃機関の排気通路の上流側からこの順序で配置されたシステムが知られている。このシステムでは、バンク制御またはリッチスパイクが実行されることによって、三元触媒およびNSR触媒においてアンモニア(NH3)が生成される。生成されたアンモニア(NH3)はSCRへ供給されて、該SCRに流入するNOxを選択的に還元する際に使用される。 Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-97469, a three-way catalyst (TWC), a NOx storage reduction catalyst (NSR catalyst), and a NOx selective reduction catalyst (SCR) are provided in an exhaust passage of an internal combustion engine. A system arranged in this order from the upstream side is known. In this system, ammonia (NH 3 ) is generated in the three-way catalyst and the NSR catalyst by executing bank control or rich spike. The produced ammonia (NH 3 ) is supplied to the SCR and used when NOx flowing into the SCR is selectively reduced.
SCRにおけるアンモニア(NH3)を還元剤としたNOx還元反応は、発熱反応であり、低音環境下ほど進行し易い。逆に、SCRの温度が高くなり過ぎるとSCRに還元剤としてのNH3が供給されても、当該NH3によるNOx還元反応が進行し難くなり、SCRにおいて十分なNOx浄化率が得られなくおそれがある。この点、上記従来のシステムでは、SCRに流入する排気の温度が、SCRにおいてNH3を還元剤としてNOx還元反応が進む温度の上限値を超えている場合に、NSR触媒からSCRまでの排気経路が、NSR触媒からSCRまでの最短経路からU字管を経由する経路に切り替えられる。これにより、SCRの温度が低下するので、該SCRにおいて好適にNOx還元反応が進行する。 The NOx reduction reaction using ammonia (NH 3 ) as a reducing agent in the SCR is an exothermic reaction and progresses more easily in a low-frequency environment. Conversely, if the temperature of the SCR becomes too high, even if NH3 as a reducing agent is supplied to the SCR, the NOx reduction reaction by the NH3 becomes difficult to proceed, and a sufficient NOx purification rate may not be obtained in the SCR. . In this regard, in the above-described conventional system, when the temperature of the exhaust gas flowing into the SCR exceeds the upper limit value of the temperature at which the NOx reduction reaction proceeds with NH3 as a reducing agent in the SCR, the exhaust path from the NSR catalyst to the SCR is , The shortest path from the NSR catalyst to the SCR is switched to the path via the U-shaped tube. Thereby, since the temperature of SCR falls, NOx reduction reaction advances suitably in this SCR.
ところで、一般的にSCRは、貴金属を含む三元触媒やNSR触媒よりも経時劣化し易い傾向にある。これは、SCR内のゼオライト構造が水蒸気や脱Al反応によって比較的容易に破壊される傾向にあるためである。SCRの経時劣化が進行すると、そのNOx還元性能の低下によりNOx浄化率が低下してしまう。上記従来のシステムでは、SCRの経時劣化によるNOx浄化性能の低下を考慮していない。このため、上記従来のシステムでは、NSR触媒とSCRとの組み合わせで常に高いNOx浄化率を実現する面で、更なる改良の余地を残すものであった。 By the way, SCR generally tends to be deteriorated with time more than a three-way catalyst or a NSR catalyst containing a noble metal. This is because the zeolite structure in the SCR tends to be relatively easily destroyed by water vapor and de-Al reaction. As the SCR deteriorates over time, the NOx purification rate decreases due to the decrease in NOx reduction performance. The above conventional system does not take into account a decrease in NOx purification performance due to aging degradation of the SCR. For this reason, the above-described conventional system leaves room for further improvement in terms of always realizing a high NOx purification rate by the combination of the NSR catalyst and the SCR.
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、NSR触媒とSCRとを備える内燃機関において、SCRの劣化度合によらずNSR触媒とSCRとの組み合わせによって高いNOx浄化率を実現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. In an internal combustion engine including an NSR catalyst and an SCR, a high NOx purification rate is achieved by a combination of the NSR catalyst and the SCR regardless of the degree of deterioration of the SCR. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can be realized.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、リ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(NSR触媒)と、
前記NSR触媒の下流に配置されたNOx選択還元触媒(SCR)と、
前記SCRの劣化発生有無を判定する劣化判定手段と、
前記NSR触媒の床温を可変可能な床温可変手段と、
前記SCRに劣化が発生していないと判定された場合には、前記NSR触媒の床温を所定の基準温度域に制御し、前記SCRに劣化が発生していると判定された場合には、前記NSR触媒の床温を当該基準温度域よりも低い所定の低温度域へと可変させる制御手段と、
を備えることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a first invention is an exhaust purification device for an internal combustion engine capable of lean operation,
A NOx occlusion reduction catalyst (NSR catalyst) disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
A NOx selective reduction catalyst (SCR) disposed downstream of the NSR catalyst;
Deterioration determining means for determining whether the SCR has deteriorated;
A bed temperature changing means capable of changing the bed temperature of the NSR catalyst;
When it is determined that the SCR is not deteriorated, the bed temperature of the NSR catalyst is controlled to a predetermined reference temperature range, and when it is determined that the SCR is deteriorated, Control means for varying the bed temperature of the NSR catalyst to a predetermined low temperature range lower than the reference temperature range;
It is characterized by having.
第2の発明は、第1の発明において、
前記内燃機関の機関負荷を検出する機関負荷検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記劣化判定手段により前記SCRに劣化が発生していると判定され、且つ、前記機関負荷が所定の基準負荷以上である場合に、前記NSR触媒の床温を前記基準温度域から前記低温度域へと可変させることを特徴としている。
According to a second invention, in the first invention,
Further comprising engine load detecting means for detecting the engine load of the internal combustion engine,
The control means determines the bed temperature of the NSR catalyst in the reference temperature range when the deterioration determination means determines that the SCR has deteriorated and the engine load is equal to or higher than a predetermined reference load. To the low temperature range.
第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記基準温度域は350〜450℃の温度域であり、前記低温度域は250〜350℃の温度域であることを特徴としている。
According to a third invention, in the first or second invention,
The reference temperature range is a temperature range of 350 to 450 ° C., and the low temperature range is a temperature range of 250 to 350 ° C.
第4の発明は、第1乃至第3の何れか1つに記載の発明において、
前記劣化判定手段は、前記内燃機関の総走行距離が所定の基準距離を越えた場合に、前記SCRに劣化が発生していることを判定することを特徴としている。
A fourth invention is the invention according to any one of the first to third aspects,
The deterioration determining means determines that deterioration has occurred in the SCR when the total travel distance of the internal combustion engine exceeds a predetermined reference distance.
第5の発明は、第1乃至第4の何れか1つに記載の発明において、
前記NSR触媒の劣化度合に関する情報を取得する取得手段と、
前記情報によって把握される前記NSR触媒の劣化度合が所定の基準値に達した場合に、前記NSR触媒の劣化回復処理を行う劣化回復処理手段と、
前記劣化回復処理手段による前記劣化回復処理が開始される以前の所定期間に、前記床温可変手段を用いて前記NSR触媒の床温を前記基準温度域から前記低温度域へと可変させる第2の制御手段と、
を更に備えることを特徴としている。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
Obtaining means for obtaining information on the degree of deterioration of the NSR catalyst;
Degradation recovery processing means for performing degradation recovery processing of the NSR catalyst when the degradation degree of the NSR catalyst grasped by the information reaches a predetermined reference value;
Secondly, the bed temperature of the NSR catalyst is varied from the reference temperature range to the low temperature range by using the bed temperature variable means during a predetermined period before the deterioration recovery process by the deterioration recovery processing means is started. Control means,
Is further provided.
第6の発明は、第5の発明において、
前記取得手段は、前記内燃機関の走行距離を前記情報として取得することを特徴としている。
According to a sixth invention, in the fifth invention,
The acquisition means acquires the travel distance of the internal combustion engine as the information.
第7の発明は、第5または第6の発明において、
前記第2の制御手段は、前記情報によって把握される前記NSR触媒の劣化度合に応じて、前記NSR触媒の床温を徐々に低い温度へと可変させることを特徴としている。
A seventh invention is the fifth or sixth invention, wherein
The second control means is characterized in that the bed temperature of the NSR catalyst is gradually changed to a lower temperature in accordance with the degree of deterioration of the NSR catalyst grasped by the information.
第8の発明は、第5乃至第7の何れか1つの発明において、
前記劣化回復処理手段は、前記NSR触媒を硫黄被毒から回復させる処理であることを特徴としている。
According to an eighth invention, in any one of the fifth to seventh inventions,
The deterioration recovery processing means is a process for recovering the NSR catalyst from sulfur poisoning.
第1の発明によれば、SCRが劣化していない場合には、NSR触媒の床温が所定の基準温度域に制御されている。この場合、NSR触媒におけるNOx浄化率を高く維持することができるので、NSR触媒とSCRとの組み合わせによって高いNOx浄化率を維持することができる。一方、SCRに劣化が発生していると判定された場合には、NSR触媒の床温が該基準温度域よりも低い所定の低温度域へと可変される。この場合、NSR触媒におけるアンモニア(NH3)の生成量が基準温度域の場合に比して増大するため、劣化後のSCRには多量のNH3が供給されることとなる。これにより、SCRにおけるNOx浄化率の低下が抑制されるので、NSR触媒とSCRとの組み合わせによって高いNOx浄化率を維持することができる。このように、本発明によれば、SCRに劣化有無によらず、NSR触媒とSCRとの組み合わせによって高いNOx浄化率を実現することができる。 According to the first invention, when the SCR is not deteriorated, the bed temperature of the NSR catalyst is controlled within a predetermined reference temperature range. In this case, since the NOx purification rate in the NSR catalyst can be maintained high, a high NOx purification rate can be maintained by the combination of the NSR catalyst and the SCR. On the other hand, when it is determined that the SCR is deteriorated, the bed temperature of the NSR catalyst is changed to a predetermined low temperature range lower than the reference temperature range. In this case, the amount of ammonia (NH 3 ) generated in the NSR catalyst increases as compared with the case of the reference temperature range, so that a large amount of NH 3 is supplied to the deteriorated SCR. Thereby, since the fall of the NOx purification rate in SCR is suppressed, a high NOx purification rate can be maintained by the combination of the NSR catalyst and SCR. Thus, according to the present invention, a high NOx purification rate can be realized by a combination of the NSR catalyst and the SCR regardless of whether the SCR is deteriorated or not.
第2の発明によれば、SCRに劣化が発生していると判定され、且つ、内燃機関の機関負荷が所定の基準負荷以上である場合に、NSR触媒の床温が所定の基準温度域から所定の低温度域へと可変される。NSR触媒の被毒等の観点からは、NSR触媒の床温は基準温度域に制御されることが好ましい。一方、NOxの発生量が少ない低負荷時であれば、SCRのNOx浄化率が劣化により低下している場合であってもNOx浄化率を高く維持することができる。このため、本発明によれば、NSR触媒の被毒を抑制するとともに、SCRに劣化有無によらず、NSR触媒とSCRとの組み合わせによって高いNOx浄化率を実現することができる。 According to the second invention, when it is determined that the SCR has deteriorated and the engine load of the internal combustion engine is equal to or higher than a predetermined reference load, the bed temperature of the NSR catalyst is within a predetermined reference temperature range. It is variable to a predetermined low temperature range. From the standpoint of poisoning of the NSR catalyst, the bed temperature of the NSR catalyst is preferably controlled within the reference temperature range. On the other hand, if the amount of NOx generated is low and the load is low, the NOx purification rate can be maintained high even if the NOx purification rate of the SCR is lowered due to deterioration. For this reason, according to the present invention, it is possible to suppress the poisoning of the NSR catalyst and achieve a high NOx purification rate by combining the NSR catalyst and the SCR regardless of whether the SCR is deteriorated or not.
第3の発明によれば、所定の基準温度域は350〜450℃に制御され、所定の低温度域は250〜350℃に制御される。このため、本発明によれば、所定の基準温度域においてNSR触媒のNOx浄化率を高く維持するとともに、所定の低温度域においてNH3を多量に生成することができる。 According to the third aspect, the predetermined reference temperature range is controlled to 350 to 450 ° C., and the predetermined low temperature range is controlled to 250 to 350 ° C. Therefore, according to the present invention, the NOx purification rate of the NSR catalyst can be maintained high in a predetermined reference temperature range, and a large amount of NH 3 can be generated in a predetermined low temperature range.
総走行距離が長くなるほどSCRの劣化度合は進行する。このため、第4の発明によれば、総走行距離に基づいて、SCRの劣化を有効に判定することができる。 As the total travel distance becomes longer, the degree of SCR degradation progresses. For this reason, according to the fourth invention, it is possible to effectively determine the deterioration of the SCR based on the total travel distance.
第5の発明によれば、NSR触媒の劣化回復処理を実行する以前の所定期間に、当該NSR触媒の床温が基準温度域から低温度域へと可変される。このため、本発明によれば、NSR触媒のNOx浄化率が低下しているときにNH3の生成量が増大されるので、SCRにおけるNOx浄化率を高め、NSR触媒とSCRとの組み合わせによって高いNOx浄化率を実現することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the bed temperature of the NSR catalyst is varied from the reference temperature range to the low temperature range during a predetermined period before executing the NSR catalyst deterioration recovery process. For this reason, according to the present invention, when the NOx purification rate of the NSR catalyst is decreasing, the amount of NH 3 generated is increased, so the NOx purification rate in the SCR is increased, and the combination of the NSR catalyst and SCR is high. A NOx purification rate can be realized.
第6の発明によれば、NSR触媒の劣化度合に関する情報として内燃機関の走行距離が取得される。内燃機関の走行距離はNSR触媒の劣化度合の指標となる。このため、本発明によれば、走行距離に基づいて、NSR触媒の劣化回復処理の実行時期を適切に判断することができる。 According to the sixth aspect of the invention, the travel distance of the internal combustion engine is acquired as information regarding the degree of deterioration of the NSR catalyst. The travel distance of the internal combustion engine is an indicator of the degree of deterioration of the NSR catalyst. Therefore, according to the present invention, it is possible to appropriately determine the execution timing of the NSR catalyst deterioration recovery process based on the travel distance.
第7の発明によれば、NSR触媒の劣化度合に応じてNSR触媒の床温が徐々に低い温度値に可変される。このため、本発明によれば、NSR触媒のNOx浄化率の低下につれて、SCRのNOx浄化率を高めることができるので、NSR触媒とSCRとの組み合わせによって常に高いNOx浄化率を実現することができる。 According to the seventh aspect, the bed temperature of the NSR catalyst is gradually changed to a lower temperature value in accordance with the degree of deterioration of the NSR catalyst. For this reason, according to the present invention, as the NOx purification rate of the NSR catalyst decreases, the NOx purification rate of the SCR can be increased. Therefore, a combination of the NSR catalyst and the SCR can always achieve a high NOx purification rate. .
第8の発明によれば、劣化回復処理手段によってNSR触媒の硫黄被毒を有効に回復させることができる。 According to the eighth invention, the sulfur poisoning of the NSR catalyst can be effectively recovered by the deterioration recovery processing means.
以下、図面に基づいてこの発明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。 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10を備えている。内燃機関10は、右バンク101および左バンク102を備えたV型のガソリンエンジンとして構成されている。右バンク101に属する気筒群は、排気通路121に連通している。また、左バンク102に属する気筒群は、排気通路122に連通している。排気通路121および122は、下流で合流した後に排気通路123の一端に連通している。以下、排気通路121、122、および123を特に区別しない場合には、これらを単に「排気通路12」と称することとする。
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system of the present embodiment includes an
排気通路121および122には、三元触媒であるスタート触媒(以下、「SC」と称する)141および142がそれぞれ配置されている。また、排気通路123には、NOx吸蔵還元触媒(NSR触媒)16が配置されている。更に、排気通路123におけるNSR触媒16の下流側には、NOx選択還元触媒(SCR)18が配置されている。以下、SC141および142を特に区別しない場合には、これらを単に「SC14」と称することとする。
In 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と水素、或いはHCとNOxが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、リッチ雰囲気下で吸蔵しているNOxを放出する。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、NSR16においてもNH3が生成される。
The
SCR18は、Cu系ゼオライト触媒として構成され、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
排気通路123におけるNSR触媒の上流側には、排気熱回収器20が配設されている。図2は、排気熱回収器20の構造を説明するための図である。この図に示すとおり、排気熱回収器20は、Uターンパイプ22と流路切替弁24とを備えている。流路切替弁24は、当該排気熱回収器20のON/OFFに連動して、当該装置へ流入した排気の流出先を、Uターンパイプ22と排気通路123との間で切り替えるための弁である。このような構成によれば、排気熱回収装置がOFFの場合には、図中(a)に示すとおり、流入した排気が直接排気通路123へ流出する。これにより、高温の排気ガスを直接NSR触媒16内へ導くことができるので、NSR触媒の床温を所定の基準温度域(350〜450℃)に制御することができる。一方、排気熱回収装置がONの場合には、図中(b)に示すとおり、流入した排気がUターンパイプ22に導かれる。これにより、高温の排気ガスの排気熱が回収されるので、NSR触媒の床温を所定の基準温度域よりも低い低温度域(250〜350℃)に制御することができる。
An exhaust
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、上述した排気熱回収器20や、燃料噴射装置(図示せず)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、機関回転数を検出するためのクランク角センサやスロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ(何れも図示せず)等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 above-described exhaust
[実施の形態1の動作]
(NSR触媒16の機能および動作)
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、三元触媒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のシステムは、排気通路12にNSR触媒16を備えることとしている。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]
(Function and operation of NSR catalyst 16)
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
(SCRによるNOx浄化動作)
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。
(NOx purification operation by SCR)
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
[本実施の形態1の特徴]
(NSR触媒の床温とNOx浄化率との関係)
先ず、図3を参照して、NSR触媒16の床温とNOx浄化率との関係について説明する。本出願の発明者は、NSR触媒16の床温とNH3の生成量との関係に着目して鋭意研究を重ねた。図3は、NSR触媒16およびSCR18から排出されるNH3量およびNOx排出量をそれぞれ示す図である。尚、図中(a)は、排気熱回収器20をOFFにしてNSR触媒16の床温を450℃に制御した場合を、図中(b)は、排気熱回収器20をONにしてNSR触媒16の床温を300℃に制御した場合を、それぞれ示している。
[Features of Embodiment 1]
(Relationship between NSR catalyst bed temperature and NOx purification rate)
First, the relationship between the bed temperature of the
この図に示すとおり、NSR触媒16において生成されるNH3量は、当該NSR触媒16の床温に大きく関係している。より具体的には、この図中(a)に示すとおり、NSR触媒16の床温が450℃の場合には、当該NSR触媒16のNOx吸蔵性能は高いがNH3の生成量が少量となる。このような構成によれば、NH3不足によってSCR18のNOx浄化率は低下するものの、この温度域ではNSR触媒16のNOx浄化率が高いので、結果的にはNSR触媒とSCR18との組み合わせによって、高いNOx浄化率を維持することができる。
As shown in this figure, the amount of NH 3 produced in the
一方、図中(b)に示すとおり、NSR触媒16の床温が300℃の場合には、当該NSR触媒16のNH3の生成量は劇的に増大するが、NOx吸蔵性能は低下する。このような構成によれば、NSR触媒16のNOx浄化率は低下するものの、多量のNH3の供給を受けたSCR18のNOx浄化率が高いので、結果的には上述したNSR触媒16の床温が450℃の場合にと同様に、NSR触媒とSCR18との組み合わせによって、高いNOx浄化率を維持することができる。
On the other hand, as shown in (b) in the figure, when the bed temperature of the
このように、本実施の形態のシステムによれば、NSR触媒16の床温が基準温度域であっても、当該基準温度域よりも低い低温度域であっても、NSR触媒とSCR18との組み合わせによって、高いNOx浄化率を実現することができる。但し、250〜350℃の低温度域では、NSR触媒16に硫黄成分が付着する現象(硫黄被毒)が発生し易い。このため、通常のリーン運転中は、NSR触媒16の床温を基準温度域(例えば450℃)に制御することが好ましい。
Thus, according to the system of the present embodiment, even if the bed temperature of the
(本実施の形態の特徴的動作)
次に、図4を参照して、本実施の形態のシステムの特徴的動作について説明する。上述したとおり、本実施の形態のシステムでは、リーン運転中のNSR触媒16の床温を基準温度域に制御することによって、高いNOx浄化率を実現することができる。しかしながら、SCR18はゼオライトが主成分であるため経年劣化し易い。このため、SCR18に劣化が発生してしまうと、当該SCR18のNOx浄化率の低下によってシステム全体のNOx浄化率を高く維持することができないことが想定される。
(Characteristic operation of this embodiment)
Next, a characteristic operation of the system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. As described above, in the system of the present embodiment, a high NOx purification rate can be realized by controlling the bed temperature of the
そこで、本実施の形態1のシステムでは、SCR18に劣化が発生したと判定された場合に、NSR触媒16の床温を低温度域に制御することとする。より具体的には、内燃機関10の総走行距離が所定の基準距離を越えた場合に、排気熱回収器20をONにして、排気ガスをUターンパイプ22側へ流通させることとする。NSR触媒16の床温が所定の低温度域に制御されると、当該NSR触媒16でNH3の生成量が劇的に増大する。これにより、劣化したSCR18に多量のNH3を供給することができるので、SCR18のNOx浄化率を高めることが可能となる。
Therefore, in the system of the first embodiment, when it is determined that the
また、SCRはその床温の変化によってNOx浄化率が変化する。図4は、本実施の形態のSCR18の触媒床温とNOx浄化率の関係を示す図である。尚、図中の点線は劣化前のSCR18のNOx浄化率を、図中の実線は劣化後のSCR18のNOx浄化率を、それぞれ示している。また、図中の(1)はNSR触媒16の床温が基準温度域に制御されている場合のSCRの床温を、図中の(2)はNSR触媒16の床温が低温度域に制御されている場合のSCRの床温を、それぞれ示している。
In addition, the NOx purification rate of the SCR changes with the change of the bed temperature. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the catalyst bed temperature of the
この図に示すとおり、Cu系ゼオライトで構成されたSCR18は、比較的低温の温度域においてNOx浄化率が高い。したがって、NSR触媒16の床温を基準温度域から低温度域へ低下させることとすると、SCR18の劣化に起因するNOx浄化率の低下を有効に抑制することができる。このように、NSR触媒16の床温を基準温度域から低温度域へ低下させることにより、NSR触媒16のNOx浄化率が低下したとしても、システム全体としてのNOx浄化率の低下を有効に抑制することができる。
As shown in this figure, the
尚、SCR18に劣化が発生していると判定された場合であっても、例えば内燃機関10の軽負荷時等には所望のNOx浄化率を満足できることも想定される。そこで、本実施の形態のシステムでは、内燃機関10の負荷が所定の基準負荷以下である場合には、SCR18に劣化が発生していると判定された場合であっても、NSR触媒16の床温を基準温度域に制御することとしてもよい。これにより、NSR触媒16の床温低下に起因する硫黄被毒を有効に抑制することができる。
Even when it is determined that the
[実施の形態1における具体的処理]
次に、図5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5は、ECU30が、NSR触媒16の床温制御を実行するルーチンのフローチャートである。尚、図5に示すルーチンは、内燃機関10のリーン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. 5, the specific content of the process performed in this Embodiment is demonstrated. FIG. 5 is a flowchart of a routine in which the
図5に示すルーチンでは、先ず、SCR18が劣化したか否かが判定される(ステップ100)。ここでは、具体的には、内燃機関10の走行距離が所定の閾値Kに達したか否かが判定される。尚、閾値Kは、SCR18が所望のNOx浄化率を維持できない程度に劣化したことを判断するための基準距離として、予め設定された値が使用される。その結果、走行距離>閾値Kの成立が認められない場合には、SCR18が未だ劣化しておらず、NSR触媒16とSCR18との組み合わせによって所望のNOx浄化率を維持することができると判断されて、次のステップに移行し、排気熱回収器20がOFFに制御される(ステップ102)。ここでは、具体的には、排気熱回収器20の流路切替弁24が、Uターンパイプ22を経由せずに排気通路123へ排出する流路へと切り替えられる。これにより、NSR触媒16の床温は所定の基準温度域(350〜450℃)に制御される。
In the routine shown in FIG. 5, it is first determined whether or not the
一方、上記ステップ100において、走行距離>閾値Kの成立が認められた場合には、SCR18が既に劣化していると判断されて、次のステップに移行し、内燃機関10の負荷KLが閾値K´より大きいか否かが判定される(ステップ104)。尚、閾値K´は、劣化したSCR18では所望のNOx浄化率を維持できない基準負荷として、予め設定された値が使用される。その結果、KL>K´の成立が認められない場合には、劣化したSCR18によって所望のNOx浄化率を維持できると判断されて、上記ステップ102に移行し、排気熱回収器20がOFFに制御される。
On the other hand, if it is determined in
一方、上記ステップ104において、KL>K´の成立が認められた場合には、劣化したSCR18によって所望のNOx浄化率を維持できないと判断されて、次のステップに移行し、排気熱回収器20がONに制御される(ステップ108)。ここでは、具体的には、排気熱回収器20の流路切替弁24が、Uターンパイプ22を経由して排気通路123へ排出する流路へと切り替えられる。これにより、NSR触媒16の床温は所定の基準温度域よりも低い低温度域(250〜350℃)に制御される。
On the other hand, if the establishment of KL> K ′ is recognized in
以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、SCR18が劣化して所望のNOx浄化率を維持できない場合に、NSR触媒16の床温が基準温度域から低温度域へ制御される。これにより、SCR18のNOx浄化率を高めることができるので、NSR触媒16とSCR18との組み合わせによってNOx浄化率を高く維持することが可能となる。
As described above, according to the system of the present embodiment, when the
ところで、上述した実施の形態1においては、内燃機関10の総走行距離に基づいてSCR18の劣化判定を行うこととしている。しかしながら、SCR18の劣化判定の方法はこれに限られず、SCR18の経年劣化度合が反映された他のパラメータとして、例えば内燃機関10の総回転数などを用いることとしてもよいし、また、SCR18の下流にNOxセンサや温度センサ等を設けて、劣化有無を直接検出することとしてもよい。
By the way, in the first embodiment described above, the deterioration determination of the
また、上述した実施の形態1においては、排気熱回収器20として、Uターンパイプ22と流路切替弁24とで構成された装置を用いることとしているが、NSR触媒の床温を基準温度域と低温度域との間で切り替えることができるのであれば、例えば、空燃比A/Fを可変させる方法や、点火時期を遅進角させる方法でもよい。
Moreover, in
また、上述した実施の形態1においては、内燃機関10の負荷として充填効率KLを用いているが、KLに代えて空気量Gaを用いることとしてもよい。
In
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、排気熱回収器20が前記第1の発明における「床温可変手段」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100の処理を実行することにより、前記第1の発明における「劣化判定手段」が、上記ステップ102および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、それぞれ実現されている。
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104の処理を実行することにより、前記第2の発明における「機関負荷検出手段」が、上記ステップ102および104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、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the
実施の形態2.
[実施の形態2の特徴]
次に、図6乃至図8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2は、図1に示すシステムを用いて、後述する図7に示すルーチンを実行す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 second embodiment can be realized by executing a routine shown in FIG. 7 to be described later using the system shown in FIG.
上述したとおり、通常のリーン運転時は、排気熱回収器20がOFFにされて、NSR触媒16の床温が通常温度域(350〜450℃)となるように制御されている。しかしながら、このような温度領域においては、NSR触媒16の硫黄被毒が進行するため、NOx浄化性能およびNH3生成性能が徐々に低下してしまう。
As described above, during normal lean operation, the exhaust
そこで、このようなNSR触媒16とSCR18とを備えるシステムでは、所定の周期(例えば3000kmに1回)でNSR触媒16に付着した硫黄成分を脱離させる再生処理が実行される。これにより、NSR触媒16のNOx浄化性能およびNH3生成性能を定期的に回復させることができる。尚。再生処理では、NSR触媒16の床温を700℃程度まで昇温させることおよびNSR触媒16内をリッチ雰囲気に晒すことが必要とされるが、これらの動作については種々の方法が既に公知になっているため、その詳細な説明を省略する。
Therefore, in such a system including the
図6は、走行距離とNSR触媒16のNOx浄化率との関係を示す図である。この図に示すとおり、走行とともに低下したNSR触媒16のNOx浄化率は、硫黄被毒の再生処理により回復させることができる。しかしながら、当該再生処理を実行する直前の時期においては、NSR触媒16のNOx浄化率が低下してしまっている。このため、係る時期においては、NSR触媒16とSCR18との組み合わせによって高いNOx浄化率を実現することができないことが想定される。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the travel distance and the NOx purification rate of the
そこで、本実施の形態2のシステムでは、NSR触媒16の硫黄被毒の再生処理の実行直前の期間に、NSR触媒16の床温を低温度域に制御することとする。より具体的には、内燃機関10の走行距離が再生処理を実行する走行距離の直前の距離である場合に、排気熱回収器20をONにして、排気ガスをUターンパイプ22側へ流通させることとする。NSR触媒16の床温が所定の低温度域に制御されると、当該NSR触媒16でNH3の生成量が劇的に増大する。これにより、SCR18に多量のNH3を供給することができるので、SCR18のNOx浄化率を有効に高めて、NSR触媒16のNOx浄化率低下を有効に補うことができる。
Therefore, in the system of the second embodiment, the bed temperature of the
[実施の形態1における具体的処理]
次に、図7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7は、ECU30が、NSR触媒16の床温制御を実行するルーチンのフローチャートである。尚、図7に示すルーチンは、内燃機関10のリーン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. 7, the specific content of the process performed in this Embodiment is demonstrated. FIG. 7 is a flowchart of a routine in which the
図7に示すルーチンでは、先ず、NSR触媒16の硫黄被毒再生処理の実行直前か否かが判定される(ステップ200)。ここでは、具体的には、内燃機関10の走行距離が硫黄被毒再生処理を実行する走行距離に達する直前か否かが判定される。その結果、NSR触媒16の硫黄被毒再生処理の実行直前でないと判定された場合には、NSR触媒16のNOx浄化率が未だ劣化しておらず、NSR触媒16とSCR18との組み合わせによって所望のNOx浄化率を維持することができると判断されて、次のステップに移行し、排気熱回収器20がOFFに制御される(ステップ202)。ここでは、具体的には、上記ステップ102と同様の処理が実行される。
In the routine shown in FIG. 7, first, it is determined whether or not the sulfur poisoning regeneration process of the
一方、上記ステップ200において、NSR触媒16の硫黄被毒の再生処理の実行直前でないと判定された場合には、NSR触媒16のNOx浄化率が低下していると判断されて、次のステップに移行し、排気熱回収器20がONに制御される(ステップ204)。ここでは、具体的には、上記ステップ108と同様の処理が実行される。
On the other hand, if it is determined in
次に、NSR触媒16の硫黄被毒再生処理が終了したか否かが判定される(ステップ206)。その結果、NSR触媒16の硫黄被毒再生処理が未だ終了していないと判定された場合には、NSR触媒16のNOx浄化率が未だ低下し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206において、NSR触媒16の硫黄被毒再生処理が終了したと判定された場合には、NSR触媒16のNOx浄化率が回復したと判断されて、上記ステップ202に移行し、排気熱回収器20がOFFに制御される。
Next, it is determined whether or not the sulfur poisoning regeneration process of the
以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、NSR触媒16の硫黄被毒の再生処理が実行される直前の時期に、NSR触媒16の床温が基準温度域から低温度域へ制御される。これにより、SCR18のNOx浄化率を高めることができるので、NSR触媒16のNOx浄化率の低下分を有効に補うことが可能となる。
As described above, according to the system of the present embodiment, the bed temperature of the
ところで、上述した実施の形態2においては、NSR触媒16の硫黄被毒の回復処理を実行する直前の期間に、排気熱回収機20をONにすることとしているが、NSR触媒16のNOx浄化率の低下度合に応じて排気熱回収機20の流路切替弁24の開度を徐々に可変させることとしてもよい。図8は、本実施の形態2のシステムの変形例を説明するための図である。上述した図6に示すとおり、硫黄被毒再生処理を実行するまでの期間において、NSR触媒16のNOx浄化率は、走行距離が長くなるほど低下する。そこで、図8中の(a)に示すとおり、例えば、硫黄被毒再生処理を実行するまでの期間において、走行距離が長くなるほど流路切替弁24の開度をON側へ制御することとしてもよい。これにより、NSR触媒16の床温をリニアに可変させることができるので、図8中(bに示すとおり、)NSR触媒16とSCR18との組み合わせによって高いNOx浄化率を実現することが可能となる。
Incidentally, in Embodiment 2 described above, the exhaust
尚、上述した実施の形態2においては、ECU30が、上記ステップ200の処理を実行することにより、前記第5の発明における「取得手段」が、上記ステップ402および206の処理を実行することにより、前記第5の発明における「第2の制御手段」が、それぞれ実現されている。
In the second embodiment described above, the
10 内燃機関(エンジン)
12 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 排気熱回収器
22 Uターンパイプ
24 流路切替弁
30 ECU(Electronic Control Unit)
10 Internal combustion engine
12 Exhaust passage 14 Start catalyst (SC)
16 NOx storage reduction catalyst (NSR catalyst)
18 NOx selective reduction catalyst (SCR)
20 Exhaust
Claims (8)
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触媒の下流に配置されたNOx選択還元触媒(以下、SCR)と、
前記SCRの劣化発生有無を判定する劣化判定手段と、
前記NSR触媒の床温を可変可能な床温可変手段と、
前記SCRに劣化が発生していないと判定された場合には、前記NSR触媒の床温を所定の基準温度域に制御し、前記SCRに劣化が発生していると判定された場合には、前記NSR触媒の床温を当該基準温度域よりも低い所定の低温度域へと可変させる制御手段と、
を備え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 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;
Deterioration determining means for determining whether the SCR has deteriorated;
A bed temperature changing means capable of changing the bed temperature of the NSR catalyst;
When it is determined that the SCR is not deteriorated, the bed temperature of the NSR catalyst is controlled to a predetermined reference temperature range, and when it is determined that the SCR is deteriorated, Control means for varying the bed temperature of the NSR catalyst to a predetermined low temperature range lower than the reference temperature range;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
前記制御手段は、前記劣化判定手段により前記SCRに劣化が発生していると判定され、且つ、前記機関負荷が所定の基準負荷以上である場合に、前記NSR触媒の床温を前記基準温度域から前記低温度域へと可変させることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。 Further comprising engine load detecting means for detecting the engine load of the internal combustion engine,
The control means determines the bed temperature of the NSR catalyst in the reference temperature range when the deterioration determination means determines that the SCR has deteriorated and the engine load is equal to or higher than a predetermined reference load. 2. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust gas purification device is variable from the low temperature range to the low temperature range.
前記情報によって把握される前記NSR触媒の劣化度合が所定の基準値に達した場合に、前記NSR触媒の劣化回復処理を行う劣化回復処理手段と、
前記劣化回復処理手段による前記劣化回復処理が開始される以前の所定期間に、前記床温可変手段を用いて前記NSR触媒の床温を前記基準温度域から前記低温度域へと可変させる第2の制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の内燃機関の排気浄化装置。 Obtaining means for obtaining information on the degree of deterioration of the NSR catalyst;
Degradation recovery processing means for performing degradation recovery processing of the NSR catalyst when the degradation degree of the NSR catalyst grasped by the information reaches a predetermined reference value;
Secondly, the bed temperature of the NSR catalyst is varied from the reference temperature range to the low temperature range by using the bed temperature variable means during a predetermined period before the deterioration recovery process by the deterioration recovery processing means is started. Control means,
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
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