JP5516445B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関から排出される排気中の窒素酸化物を浄化す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 apparatus for an internal combustion engine that purifies nitrogen oxides in exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
従来、内燃機関から排出される排気中の窒素酸化物(NOx)を除去する排気浄化装置としては例えば、NOx吸蔵還元型触媒や、尿素選択還元型触媒が知られている。詳しくは、NOx吸蔵還元型触媒は、未燃燃料HCを還元剤として、自身に吸蔵させたNOxを還元して浄化するものである。また、尿素選択還元型触媒は、尿素を還元剤として排気中のNOxを選択的に還元して浄化するものである。 Conventionally, as an exhaust purification device that removes nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, for example, a NOx storage reduction catalyst and a urea selective reduction catalyst are known. Specifically, the NOx occlusion reduction type catalyst is a catalyst that reduces and purifies NOx occluded by itself using the unburned fuel HC as a reducing agent. In addition, the urea selective reduction catalyst is a catalyst that selectively reduces and purifies NOx in exhaust gas using urea as a reducing agent.
しかしながら、これら装置では、内燃機関が始動され、触媒の暖機が開始されてから、触媒温度が活性温度に上昇するまでは、触媒の浄化能力が低く、排気中のNOxを適切に浄化することができない。このため、内燃機関の燃費低減効果の向上を目的として、内燃機関の熱効率を向上させる等の技術が導入される場合、触媒温度が上昇しにくくなることで、NOx浄化度合いの低下が顕著となるおそれがある。 However, in these devices, the purification capacity of the catalyst is low until the catalyst temperature rises to the activation temperature after the internal combustion engine is started and the catalyst is warmed up, and NOx in the exhaust gas is appropriately purified. I can't. For this reason, when a technique for improving the thermal efficiency of the internal combustion engine or the like is introduced for the purpose of improving the fuel consumption reduction effect of the internal combustion engine, the catalyst temperature does not easily rise, and the degree of NOx purification becomes remarkable. There is a fear.
こうした問題を解決すべく、下記特許文献1に見られるような窒素酸化物の除去技術も知られている。詳しくは、この技術では、まず、排気中の一酸化窒素(NO)を酸化して易吸着性の窒素酸化物(NO2等)に改質し、その改質された窒素酸化物に向かって噴霧装置から水を噴霧することで、改質された窒素酸化物のイオン化を促進する。そして、イオン化された窒素酸化物を吸着材に吸着させるとともに、吸着材の一部に電界を形成することで窒素酸化物イオンを電気泳動によって濃縮する。そして、濃縮された窒素酸化物イオンを三元触媒によって還元することで、窒素酸化物を還元浄化する。これにより、排気温度によらず、排気中の窒素酸化物を浄化することが可能となる。
In order to solve such problems, a technique for removing nitrogen oxides as disclosed in
しかしながら、上記特許文献1に記載された技術によっても、排気中の窒素酸化物を適切に浄化することができない状況が生じ得る。こうした状況としては例えば、噴霧装置から噴霧された水を再利用する場合、水に含まれる窒素酸化物の濃度が上昇し、窒素酸化物のイオン化を促進することができない状況がある。このとき、窒素酸化物の浄化能力が低下し、内燃機関の排気特性が悪化するおそれがある。
However, even with the technique described in
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、排気中の窒素酸化物についての排気特性の悪化を好適に抑制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にある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can suitably suppress deterioration of exhaust characteristics of nitrogen oxides in exhaust gas. There is.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.
請求項1記載の発明は、内燃機関から排気通路へと排出される排気中の窒素酸化物を吸収する吸収液体を貯蔵する第1貯蔵手段と、前記第1貯蔵手段に貯蔵された吸収液体を前記排気通路に供給する供給手段と、前記吸収液体と異種の液体であって且つ窒素酸化物を吸収する貯蔵液体を貯蔵する第2貯蔵手段とを備え、前記貯蔵液体は、単位量あたりの窒素酸化物の吸収量である窒素酸化物吸収密度が前記吸収液体の窒素酸化物吸収密度よりも高いものであり、前記第1貯蔵手段と前記第2貯蔵手段とは、透過膜によって仕切られ、前記第1貯蔵手段は、前記供給手段によって前記排気通路に供給された前記吸収液体を回収して貯蔵するものであり、前記透過膜は、前記吸収液体に吸収された窒素酸化物を前記貯蔵液体側へと選択的に透過させることで、前記吸収液体中の窒素酸化物の濃度を低下させる機能を有することを特徴とする。
The invention according to
上記発明では、供給手段によって排気通路に吸収液体を供給することで、排気中の窒素酸化物を吸収し、排気特性の悪化を抑制している。ここで第1貯蔵手段に回収された吸収液体を繰り返し使用すると、吸収液体中の窒素酸化物の濃度が上昇し、吸収液体による窒素酸化物の単位時間あたりの吸収量(吸収速度)や、吸収液体の単位量あたりの窒素酸化物の吸収量(吸収密度)が低下するおそれがある。この場合、吸収液体によって排気中の窒素酸化物を適切に吸収することができず、排気特性が悪化するおそれがある。 In the above invention, the supply liquid is supplied to the exhaust passage by the supply means, so that nitrogen oxide in the exhaust is absorbed and deterioration of the exhaust characteristics is suppressed. Here, when the absorption liquid collected in the first storage means is used repeatedly, the concentration of nitrogen oxide in the absorption liquid increases, and the absorption amount (absorption rate) of nitrogen oxide by the absorption liquid per unit time and absorption There is a possibility that the absorption amount (absorption density) of nitrogen oxides per unit amount of the liquid may decrease. In this case, nitrogen oxides in the exhaust cannot be properly absorbed by the absorbing liquid, and the exhaust characteristics may be deteriorated.
ここで上記発明では、第1貯蔵手段と透過膜によって仕切られた第2貯蔵手段に、窒素酸化物を吸収する貯蔵液体を貯蔵する。そして、吸収液体に吸収された窒素酸化物を貯蔵液体側へと選択的に透過させる機能を透過膜に持たせる。このため、吸収液体中の窒素酸化物の濃度の上昇を抑制することができ、吸収液体による窒素酸化物の吸収速度や吸収密度の低下を抑制することができる。これにより、排気特性の悪化を好適に回避することができる。 Here, in the said invention, the storage liquid which absorbs a nitrogen oxide is stored in the 2nd storage means partitioned off with the 1st storage means and the permeable membrane. Then, the permeable membrane has a function of selectively permeating nitrogen oxides absorbed by the absorbing liquid to the storage liquid side. For this reason, the raise of the density | concentration of the nitrogen oxide in an absorption liquid can be suppressed, and the fall of the absorption rate and absorption density of the nitrogen oxide by an absorption liquid can be suppressed. Thereby, deterioration of exhaust characteristics can be avoided appropriately.
更に、上記発明では、吸収液体と貯蔵液体とを異種の液体としている。このため、例えば、吸収液体及び貯蔵液体のそれぞれに要求される要素が相違する場合、この相違に適切に対応することもできる。 Furthermore, in the above invention, the absorbing liquid and the storage liquid are different liquids. For this reason, for example, when elements required for each of the absorption liquid and the storage liquid are different, it is possible to appropriately cope with this difference.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、対となる電極間に電圧を印加することで前記貯蔵液体に電気エネルギを供給し、該貯蔵液体に吸収された窒素酸化物を還元して浄化する還元浄化手段を更に備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, electrical energy is supplied to the storage liquid by applying a voltage between the pair of electrodes, and nitrogen oxides absorbed in the storage liquid are reduced. And a reduction and purification means for purifying.
上記発明では、上記態様にて貯蔵液体に電気エネルギを供給することで、貯蔵液体に吸収された窒素酸化物を還元して浄化することができる。このため、貯蔵液体中の窒素酸化物の濃度を低下させることができ、貯蔵液体に吸収可能な窒素酸化物の量の低下を回避することができる。これにより、吸収液体中の窒素酸化物の濃度の上昇を回避することができ、吸収液体による窒素酸化物の吸収速度や吸収密度の低下をより好適に回避することができる。 In the said invention, by supplying an electrical energy to the storage liquid in the said aspect, the nitrogen oxides absorbed by the storage liquid can be reduced and purified. For this reason, the density | concentration of the nitrogen oxide in a storage liquid can be reduced, and the fall of the quantity of the nitrogen oxide which can be absorbed in a storage liquid can be avoided. Thereby, the raise of the density | concentration of the nitrogen oxide in an absorption liquid can be avoided, and the fall of the absorption rate and absorption density of the nitrogen oxide by an absorption liquid can be avoided more suitably.
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記還元浄化手段は、該還元浄化手段によって窒素酸化物を前回還元してから規定期間経過する毎に、前記貯蔵液体に吸収された窒素酸化物を還元して浄化することを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the invention according to
窒素酸化物を前回還元してからの時間が長くなると、吸収液体側から透過膜を介して貯蔵液体側に透過する窒素酸化物の総量が増大することで、貯蔵液体中の窒素酸化物の吸収量が多くなる。この点に鑑み、上記発明では、上記態様にて窒素酸化物を還元浄化することで、貯蔵液体中の窒素酸化物を効率よく還元浄化することができる。 If the time since the previous reduction of nitrogen oxides becomes longer, the total amount of nitrogen oxides that permeate from the absorbing liquid side through the permeable membrane to the storage liquid side increases, so that the absorption of nitrogen oxides in the storage liquid is increased. The amount increases. In view of this point, in the above invention, the nitrogen oxides in the stored liquid can be efficiently reduced and purified by reducing and purifying nitrogen oxides in the above embodiment.
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記供給手段は、前記吸収液体を前記排気通路に添加する添加弁、及び前記吸収液体を表面に保持して排気に接触させる接触器のうち少なくとも1つであることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the supply means holds an addition valve for adding the absorbing liquid to the exhaust passage and the absorbing liquid on the surface. And at least one of the contactors for contacting the exhaust gas.
上記発明では、添加弁や接触器を用いることで、吸収液体を排気通路に適切に供給することができる。 In the said invention, an absorption liquid can be appropriately supplied to an exhaust passage by using an addition valve and a contactor.
(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる排気浄化装置を、車載主機としてエンジンのみが搭載された車両に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which an exhaust emission control device according to the present invention is applied to a vehicle on which only an engine is mounted as an in-vehicle main engine will be described with reference to the drawings.
図1に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。 FIG. 1 shows a system configuration diagram according to the present embodiment.
図示されるエンジン10は、圧縮点火式内燃機関(ディーゼルエンジン)である。エンジン10の各気筒の燃焼室12には、燃焼室12に突出する電磁駆動式の燃料噴射弁14が設けられている。燃料噴射弁14には、図示しない蓄圧容器(コモンレール)から高圧の燃料(軽油)が供給され、燃料噴射弁14から燃焼室12に高圧の燃料が噴射供給される。そして、燃焼室12に噴射供給された燃料と、吸気通路16から燃焼室12に導入された吸気とは、燃焼室12の圧縮により燃焼に供される。そして、燃焼によって発生するエネルギは、エンジン10の出力軸(クランク軸18)の回転エネルギとして取り出される。なお、クランク軸18付近には、クランク軸18の回転角度を検出するクランク角度センサ20が設けられている。
The illustrated
燃焼に供された吸気及び燃料は、排気として排気通路22に排出される。排気通路22には、排気後処理装置として、上流側から順に、排気中に含まれている窒素酸化物(NOx)を酸化させる酸化触媒(DOC24)、排気中の粒子状物質(PM)を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF26)、及び排気中のNOxを除去するNOx除去装置28が備えられている。なお、DOC24は、排気中の一酸化窒素(NO)を酸化して二酸化窒素(NO2)とする機能を有する部材である。また、本実施形態において、NOxには、一酸化窒素NO、二酸化窒素NO2及び硝酸イオン等の少なくともいずれかが含まれるものとする。
The intake air and fuel used for combustion are discharged into the
上記NOx除去装置28は、タンク30、循環ポンプ32、添加弁34及び接触器36等を備えて構成されている。詳しくは、タンク30内は、透過膜38によって吸収液体貯蔵部32a及び貯蔵液体貯蔵部32bに仕切られている。吸収液体貯蔵部32a及び貯蔵液体貯蔵部32bのそれぞれには、NOxを吸収する吸収液体A及び貯蔵液体Bのそれぞれが貯蔵されている。
The
より詳しくは、図2に示すように、透過膜38は、例えば有機高分子からなり、強度確保のために多孔質セラミック等からなる支持体38aによって支持されるものである。透過膜38には、その厚み方向に貫通される多数の細孔が形成されている。具体的には、これら細孔の直径は、吸収液体Aに吸収されたNOx(例えばNO2や硝酸イオン、図中に「○」にて表記)の大きさ(例えば0.22nm)よりも大きくて且つ、吸収液体A及び貯蔵液体Bの分子の大きさよりも小さいもの(例えば0.3nm)となっている。すなわち、透過膜38は、吸収液体貯蔵部32aの吸収液体Aに吸収されたNOxを、自身を介して貯蔵液体B側へと選択的に透過させる機能を有する。これにより、吸収液体A及び貯蔵液体Bを仕切りつつ、吸収液体A側から貯蔵液体B側へとNOxのみを透過させることが可能となっている。
More specifically, as shown in FIG. 2, the
なお本実施形態では、上記吸収液体A及び貯蔵液体Bとして、イオン液体や、アルカリ水溶液(例えば、NaOH水溶液、NH3水溶液)、水(例えばエンジン冷却水)等であって且つ、化学変化を伴ってNOxを吸収(化学吸着)する物質を想定しており、吸収液体Aと貯蔵液体Bとで異種の物質を想定している。ここで異種の物質を想定しているのは、吸収液体A及び貯蔵液体Bのそれぞれに要求される要素(NOxの吸収能力)が異なることに適切に対応するためである。吸収液体A及び貯蔵液体Bのそれぞれに要求されるNOxの吸収能力について説明すると、本実施形態では、吸収液体Aとして、貯蔵液体Bよりも短時間に排気中のNOxを吸収できる能力を有するものを想定している。これを実現するためには例えば、吸収液体Aとして、貯蔵液体B(例えば水)よりも、物質移動係数が高い等、単位時間あたりのNOx吸収量(NOx吸収速度)が高いもの(例えばイオン液体)を採用すればよい。また、貯蔵液体Bとして、吸収液体AよりもNOxの最大貯蔵量が多い能力を有するものを想定している。これを実現するためには例えば、貯蔵液体Bとして、吸収液体A(例えばイオン液体)よりも、単位量あたりのNOx吸収量(NOx吸収密度)が高いもの(例えばアルカリ水溶液)を採用すればよい。 In the present embodiment, the absorbing liquid A and the storage liquid B are ionic liquids, alkaline aqueous solutions (for example, NaOH aqueous solution, NH3 aqueous solution), water (for example, engine cooling water), and the like, with chemical changes. A substance that absorbs (chemical adsorption) NOx is assumed, and different substances are assumed for the absorbing liquid A and the storage liquid B. The reason why different kinds of substances are assumed here is to appropriately cope with different elements (NOx absorption ability) required for each of the absorption liquid A and the storage liquid B. The absorption capacity of NOx required for each of the absorption liquid A and the storage liquid B will be described. In this embodiment, the absorption liquid A has the capacity to absorb NOx in the exhaust gas in a shorter time than the storage liquid B. Is assumed. In order to realize this, for example, the absorption liquid A has a higher NOx absorption amount (NOx absorption rate) per unit time such as a higher mass transfer coefficient than the storage liquid B (for example, water) (for example, ionic liquid). ). In addition, it is assumed that the storage liquid B has the ability to have a larger maximum storage amount of NOx than the absorption liquid A. In order to realize this, for example, a storage liquid B having a higher NOx absorption amount (NOx absorption density) per unit amount than the absorbing liquid A (for example, ionic liquid) (for example, an alkaline aqueous solution) may be employed. .
図1の説明に戻り、吸収液体貯蔵部32aと添加弁34とは、循環通路40を介して接続されており、循環通路40上には、循環ポンプ32が設けられている。詳しくは、循環ポンプ32は、吸収液体貯蔵部32aに貯蔵されている吸収液体Aを汲み上げて添加弁34に圧送する電動式のものである。
Returning to the description of FIG. 1, the absorbing
添加弁34は、吸収液体Aを排気通路22に噴射供給する電磁駆動式の弁体である。具体的には、添加弁34は、接触器36に向かって吸収液体Aを噴射するように設けられている。
The
接触器36は、吸収液体Aを保持する保持体36a、及び保持体36aを内部に収容するケース36bを備えて構成されており、吸収液体Aと排気とを接触させる機能を有する部材である。詳しくは、接触器36は、排気通路22のうち添加弁34の下流側に設けられている。具体的には、接触器36が備えるケース36bは、排気通路22に接続されており、ケース36b内には排気が流通するようになっている。また、保持体36aは、例えば排気の流通方向に平行に延びる複数の壁を有して且つ排気が流通可能なように構成されるものであり、ケース36b内を流通する排気に晒されるように配置されている。
The
こうした構成において、添加弁34から排気通路22へと吸収液体Aが噴射供給されると、吸収液体Aと排気とが接触することで、排気中のNOxが吸収液体Aに吸収される。詳しくは、噴射供給された吸収液体Aによって排気中のNOxが直接吸収される。また、噴射供給された吸収液体Aが保持体36aに接触して保持され、保持体36aに保持されている吸収液体Aに排気が接触することでNOxが吸収される。
In such a configuration, when the absorbing liquid A is injected and supplied from the
添加弁34から噴射供給され、NOxを吸収した吸収液体Aは、タンク30の吸収液体貯蔵部32aに回収される。詳しくは、噴射供給された後の吸収液体Aは、ケース36bの下部に移動したり、ケース36b内の排気下流側に設けられたデミスタ42によって捕集されたりした後、ケース36b内の下部に設けられた回収通路44を介して吸収液体貯蔵部32aに回収される。なお、デミスタ42は、吸収液体Aが大気へと放出されることを回避するための部材である。
The absorbing liquid A injected and supplied from the
電子制御装置(以下、ECU46)は、周知のCPU、ROM、RAM等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。ECU46には、クランク角度センサ20の出力信号等が入力される。ECU46は、上記各センサからの入力信号に基づき、ROMに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、燃料噴射弁14による燃料噴射制御等のエンジン10の燃焼制御を行う。
The electronic control unit (hereinafter referred to as ECU 46) is mainly composed of a microcomputer composed of a well-known CPU, ROM, RAM and the like. An output signal of the
特にECU46は、循環ポンプ32の駆動制御や、添加弁34による噴射制御等のNOxの浄化制御を行う。これら制御によれば、吸収液体貯蔵部32a→循環通路40→添加弁34→接触器36→回収通路44→吸収液体貯蔵部32aの経路で吸収液体Aを循環させつつ、吸収液体Aによって排気中のNOxを吸収することが可能となる。こうした制御によれば、例えばエンジン10の始動時等、排気系の温度が低い運転領域において排気中のNOxを適切に除去することが可能となる。
In particular, the
ここで上記経路を吸収液体Aが循環しつつ排気中のNOxを吸収する状況が継続されると、吸収液体A中のNOxの濃度が上昇する。吸収液体A中のNOxの濃度が上昇すると、吸収液体AのNOx吸収速度や、吸収液体AのNOx吸収密度が低下することで、吸収液体Aによって排気中のNOxを適切に吸収することができなくなることが懸念される。 Here, when the state in which the absorbing liquid A circulates through the path and absorbs NOx in the exhaust gas is continued, the concentration of NOx in the absorbing liquid A increases. When the concentration of NOx in the absorption liquid A increases, the NOx absorption rate of the absorption liquid A and the NOx absorption density of the absorption liquid A decrease, so that the absorption liquid A can appropriately absorb NOx in the exhaust gas. There is concern about disappearing.
こうした問題を解決すべく、本実施形態では、吸収液体Aに吸収されたNOxを、上述した貯蔵液体B側に移動させて貯蔵することで、吸収液体A中のNOxの濃度の上昇を抑制する。以下、図3を用いて、吸収液体A中のNOxの濃度の低下態様について説明する。 In order to solve such a problem, in the present embodiment, NOx absorbed in the absorbing liquid A is moved to the storage liquid B side and stored, thereby suppressing an increase in the concentration of NOx in the absorbing liquid A. . Hereinafter, a mode of reducing the concentration of NOx in the absorbing liquid A will be described with reference to FIG.
図3は、透過膜38を介して吸収液体A中のNOxを貯蔵液体Bに移動させることで、吸収液体A中のNOxの濃度が低下する様子の一例を示したものである。詳しくは、図中、横軸は、透過膜38から吸収液体A側及び貯蔵液体B側への距離を示し、縦軸は、吸収液体A及び貯蔵液体B中のそれぞれのNOxの濃度を示している。
FIG. 3 shows an example of a state in which the concentration of NOx in the absorbing liquid A is lowered by moving NOx in the absorbing liquid A to the storage liquid B through the
図中破線にて示す例は、吸収液体Aが継続して使用されて吸収液体A中のNOxの濃度が貯蔵液体Bの濃度よりも大きく上昇した場合を示している。ここで、吸収液体Aと貯蔵液体Bとの濃度差によって、吸収液体A中のNOxが透過膜38を介して貯蔵液体B側へと透過することで、貯蔵液体B中にNOxが拡散する。これにより、図中実線にて示すように、吸収液体A及び貯蔵液体BのNOxの濃度について平衡状態となり、これら液体中のNOxの濃度が略同一となる。すなわち、吸収液体AのNOxの濃度が低下する。
The example indicated by the broken line in the figure shows a case where the absorption liquid A is continuously used and the concentration of NOx in the absorption liquid A is increased more than the concentration of the storage liquid B. Here, due to the concentration difference between the absorbing liquid A and the storage liquid B, NOx in the absorbing liquid A permeates to the storage liquid B side through the
上述した構成によれば、吸収液体A中のNOxの濃度の上昇を抑制することができ、吸収液体AのNOx吸収速度の低下を回避することができる。これにより、排気特性の悪化を回避することができる。 According to the configuration described above, an increase in the concentration of NOx in the absorption liquid A can be suppressed, and a decrease in the NOx absorption rate of the absorption liquid A can be avoided. Thereby, deterioration of exhaust characteristics can be avoided.
なお、貯蔵液体B中のNOxの濃度が過度に高くなる以前に、貯蔵液体Bを交換すべき旨を、ユーザに報知する報知処理をECU46によって行うのが望ましい。これにより、タンク30内の貯蔵液体Bがユーザ等によって交換されることで、排気特性を良好に維持することが可能となる。ここで上記報知処理は例えば、貯蔵液体Bが前回交換されてから車両の走行距離が規定走行距離経過すると判断された場合に行えばよい。
It is desirable that the
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
(1)排気中のNOxを吸収液体Aによって吸収して除去し、透過膜38を介して吸収液体Aに吸収されたNOxを貯蔵液体Bに移動させた。このため、吸収液体A中のNOxの濃度の上昇を抑制することができ、吸収液体AのNOx吸収速度の低下を回避することができる。これにより、排気特性の悪化を好適に回避することができる。
(1) NOx in the exhaust gas was absorbed and removed by the absorbing liquid A, and the NOx absorbed in the absorbing liquid A via the
更に、例えば吸収液体A(イオン液体)のコストが高い場合であっても、貯蔵液体Bとしてコストの低いもの(水)を採用することで、NOxの吸収に用いる吸収液体Aの使用量を減らすことができることから、NOx除去装置28の導入によるコストの増大を好適に抑制することもできる。
Furthermore, even when the cost of the absorbing liquid A (ionic liquid) is high, for example, by using a low cost (water) as the storage liquid B, the amount of the absorbing liquid A used for NOx absorption is reduced. Therefore, an increase in cost due to the introduction of the
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図4に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。なお、図4において、先の図1と同一の部材については、便宜上同一の番号を付している。また、図4において、排気通路22のうちNOx除去装置28よりも上流側の構成等については、先の図1と同様な構成であるため省略している。
FIG. 4 shows a system configuration diagram according to the present embodiment. In FIG. 4, the same members as those in FIG. 1 are given the same numbers for the sake of convenience. Further, in FIG. 4, the configuration on the upstream side of the
図示されるように、NOx除去装置28には、更に、NOxを還元浄化する機能を有する還元浄化装置48が備えられている。詳しくは、還元浄化装置48は、電源装置50と、この電源装置50に電気的に接続されて且つ貯蔵液体貯蔵部32bの貯蔵液体Bに全部(又は一部)が浸された対となる(1対の)電極(正極51a,負極51b)とを備えて構成されている。
As shown in the figure, the
貯蔵液体貯蔵部32bには、還元浄化装置48によって後述する電気分解が行われた際に発生するN2及びO2を放出させるべく、排気通路22のうちケース36bの排気下流側と連通する放出通路52が設けられている。
In the storage
こうした構成において、電源装置50によって両電極51a,51b間に電圧が印加されると、電気分解によって貯蔵液体B中に吸収されたNOxが還元されることで、正極51a付近からO2が発生するとともに、負極51bからはN2が発生する。そして、これらO2及びN2は、放出通路52を介して排気通路22に放出される。これにより、貯蔵液体B中のNOxが還元浄化されて除去され、貯蔵液体B中のNOxの濃度を低下させることができる。
In such a configuration, when a voltage is applied between the
なお、電極51a,51bとしては、貯蔵液体Bによって電極が腐食したり、貯蔵液体Bと電極との反応によって塩が生成されたりすることで電気分解が促進されなくなる事態を回避すべく、イオン化傾向が小さい金属(例えば銅、銀、白金、金)を用いることが望ましい。また、貯蔵液体Bとしては、NOxの吸収能力が電気分解によって低下しない(耐電圧が高い)ものを採用することが望ましい。
As the
ECU46は、電気分解によって貯蔵液体B中のNOxを還元浄化すべく、電極51a,51b間の通電状態を操作する還元浄化処理を行う。
The
図5に、本実施形態にかかる電気分解による還元浄化処理の手順を示す。この処理は、ECU46によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
FIG. 5 shows the procedure of reduction purification processing by electrolysis according to the present embodiment. This process is repeatedly executed by the
この一連の処理では、まずステップS10において、クランク角度センサ20の出力値から算出されるエンジン回転速度NEと、燃料噴射弁14からの燃料噴射量Qとに基づき、貯蔵液体BによるNOxの総吸収量Gtotalを算出する。本実施形態では、還元浄化処理を前回実行したタイミングから現在までの貯蔵液体BによるNOx吸収量を総吸収量Gtotalとして算出する。なお、NOxの総吸収量Gtotalの算出に際し、エンジン回転速度NE及び燃料噴射量Qを用いるのは、これらパラメータによればエンジン10からのNOxの排出量を推定することが可能であるためである。
In this series of processes, first, in step S10, the total absorption of NOx by the storage liquid B is based on the engine speed NE calculated from the output value of the
続くステップS12では、NOxの総吸収量Gtotalに基づき、貯蔵液体B中のNOxの濃度Cnを算出する。ここでNOxの濃度Cnは、総吸収量Gtotalが多くなるほど高くなる傾向にある。 In the subsequent step S12, the concentration Cn of NOx in the storage liquid B is calculated based on the total NOx absorption amount Gtotal. Here, the NOx concentration Cn tends to increase as the total absorption amount Gtotal increases.
続くステップS14では、還元浄化処理の実行条件が成立しているか否かを判断する。本実施形態では、実行条件を、還元浄化処理を前回実行してから規定期間が経過したとの条件とする。この条件は、貯蔵液体B中のNOxを効率よく還元浄化するための条件である。つまり、両電極51a,51b付近にNOxが多く存在する状況において電気分解を行うと、例えばこれら電極付近にNOxが少ない状況において電気分解を行う場合と比較して、多くのNOxを還元浄化することができる。
In a succeeding step S14, it is determined whether or not an execution condition for the reduction and purification process is satisfied. In the present embodiment, the execution condition is a condition that the specified period has elapsed since the previous execution of the reduction purification process. This condition is a condition for efficiently reducing and purifying NOx in the storage liquid B. That is, when electrolysis is performed in a situation where a large amount of NOx exists in the vicinity of both
ここで本実施形態では、上記規定期間を、還元浄化処理を前回実行してから貯蔵液体B中のNOxの濃度が規定濃度α以上になるまでの期間とする。なお、上記規定濃度αは、例えば、吸収液体Aによって排気中のNOxを適切に吸収することができなくなる程度に貯蔵液体BのNOx濃度が上昇したことを把握可能な値として設定すればよい。 Here, in the present embodiment, the specified period is a period from the previous execution of the reduction purification process until the concentration of NOx in the stored liquid B becomes equal to or higher than the specified concentration α. The prescribed concentration α may be set as a value that can grasp that the NOx concentration of the storage liquid B has risen to such an extent that the absorption liquid A cannot properly absorb NOx in the exhaust gas.
ステップS14において肯定判断された場合には、ステップS16に進み、電気分解による還元浄化処理を行う。詳しくは、電源装置50によって両電極51a,51b間に電圧を印加させて通電させる。ここで還元浄化処理を行う期間(浄化処理実行期間)は例えば、NOxの濃度Cnを、上記規定濃度αよりも小さい閾値(例えば0近傍の値)とするのに要する時間として予め実験等によって定めればよい。
If an affirmative determination is made in step S14, the process proceeds to step S16 to perform reduction purification processing by electrolysis. Specifically, a voltage is applied between the
なお、上記ステップS14において否定判断された場合や、ステップS16の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。 When a negative determination is made in step S14 or when the process of step S16 is completed, the series of processes is temporarily terminated.
図6に、本実施形態にかかる還元浄化処理の一例を示す。 FIG. 6 shows an example of the reduction and purification process according to the present embodiment.
図に示す例では、時刻t1から時刻t2までの期間において、NOx除去装置28によって排気中のNOxが除去されることで、貯蔵液体B中にNOxが吸収され、貯蔵液体B中のNOxの濃度が上昇する。その後、時刻t2において貯蔵液体B中のNOxの濃度Cnが規定濃度αに到達したと判断されることで、還元浄化処理が開始される。そして、この処理が上記浄化処理実行期間T1(時刻t2〜t3)継続されることで、貯蔵液体B中のNOxの濃度Cnが低下する。
In the example shown in the figure, during the period from time t1 to time t2, NOx in the exhaust gas is removed by the
このように、本実施形態では、電気分解による還元浄化処理を行うことで、吸収液体AによるNOxの吸収速度や吸収密度の低下をより好適に回避することができる。 As described above, in the present embodiment, reduction of NOx absorption rate and absorption density by the absorbing liquid A can be more preferably avoided by performing reduction purification treatment by electrolysis.
以上詳述した本実施形態によれば、上記第1の実施形態の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described above in detail, the following effects can be obtained in addition to the effects of the first embodiment.
(2)電気分解による還元浄化処理によって貯蔵液体Bに吸収されたNOxを還元して浄化した。これにより、貯蔵液体BのNOx貯蔵能力の低下を回避することで、吸収液体A中のNOx濃度の上昇を回避することができ、吸収液体AによるNOxの吸収能力の低下をより好適に回避することができる。 (2) NOx absorbed in the storage liquid B was reduced and purified by reduction and purification treatment by electrolysis. Accordingly, by avoiding a decrease in the NOx storage capacity of the stored liquid B, an increase in the NOx concentration in the absorbent liquid A can be avoided, and a decrease in the NOx absorption capacity by the absorbent liquid A can be more suitably avoided. be able to.
また、還元浄化処理によって自動的に貯蔵液体B中のNOxが還元浄化されるため、例えばユーザ等による貯蔵液体Bの交換頻度を低下させることができる等、メンテナンス性の向上を図ることもできる。 Further, since NOx in the storage liquid B is automatically reduced and purified by the reduction and purification process, maintenance performance can be improved, for example, the frequency of replacement of the storage liquid B by a user or the like can be reduced.
更に、吸収液体Aについては、耐電性の高さが要求されないため、貯蔵液体Bと比較して耐電性の低いものを採用することもできる。 Furthermore, since the absorption liquid A does not require high electric resistance, a liquid having low electric resistance as compared with the storage liquid B can be adopted.
(3)貯蔵液体B中のNOxの濃度Cnが規定濃度α以上になると判断された場合、還元浄化処理を行った。これにより、例えば還元浄化処理を常時行う制御ロジックを採用する場合と比較して、電気分解に要する単位電気エネルギあたりのNOxの還元浄化量を増大させることができる等、貯蔵液体B中のNOxを効率よく還元浄化することができる。 (3) When it is determined that the concentration Cn of NOx in the storage liquid B is equal to or higher than the specified concentration α, a reduction purification process is performed. Thereby, for example, compared with the case where the control logic that always performs the reduction purification treatment is adopted, the reduction purification amount of NOx per unit electric energy required for the electrolysis can be increased. Reduction and purification can be performed efficiently.
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について、先の第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the second embodiment.
図7に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。なお、図7において、先の図4と同一の部材については、便宜上同一の番号を付している。 FIG. 7 shows a system configuration diagram according to the present embodiment. In FIG. 7, the same members as those in FIG. 4 are given the same numbers for the sake of convenience.
図示されるように、本実施形態にかかる還元浄化装置54は、一対の電極56a,56b及びこれらに高電圧を印加する高電圧発生装置56cを備えるプラズマ発生装置56と、N2分離器58とを備えて構成されている。詳しくは、一対の電極56a,56bのうち、接地電極56aは貯蔵液体B中に浸されている。また、放電用電極56bは、貯蔵液体Bの静止状態において、貯蔵液体Bの表面から露出している。
As illustrated, the reduction and purification device 54 according to the present embodiment includes a pair of electrodes 56a and 56b and a
N2分離器58は、排気通路22のうちケース36bの排気下流側と接続され、排気中のN2を分離してプラズマ発生装置56に供給するためのものである。
The N2 separator 58 is connected to the exhaust downstream side of the
こうした構成において、高電圧発生装置56cによって放電用電極56b及び接地電極56a間に高電圧が印加されると、ストリーマ放電が生じる。この放電が生じる状況下、N2分離器58からプラズマ発生装置56にN2が供給されると、ストリーマ放電によってN2が解離してNラジカルが生成される。そして、Nラジカルが貯蔵液体Bの表面に吹き付けられることで、NOxが還元浄化されることとなる。これにより、貯蔵液体B中のNOxが還元浄化され、貯蔵液体B中のNOxの濃度を低下させることができる。
In such a configuration, when a high voltage is applied between the discharge electrode 56b and the ground electrode 56a by the
このように、本実施形態では、プラズマ発生装置56を用いて貯蔵液体B中のNOxを還元浄化することができる。
Thus, in this embodiment, NOx in the storage liquid B can be reduced and purified using the
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.
・吸収液体Aを排気通路22に供給するための構成としては、上記各実施形態に例示したものに限らない。例えば、図8に示すように、接触器36のケース36b内に保持体36aを備えない構成としてもよい。また例えば、図9に示すように、添加弁34を備えず、ケース36b内の保持体36aに循環通路40を介して吸収液体Aが直接供給される構成としてもよい。この場合、鉛直上方からケース36b内に排気を流入させるべく、ケース36bの入口が鉛直上方に向くようにケース36bを排気通路22に接続し、ケース36bの入口に向かって鉛直上方から循環通路40を介して吸収液体Aを供給する構成とすることが望ましい。これにより、供給された吸収液体Aが、保持体36aの水平方向に延びるように広がることで、保持体36aに吸収液体Aを適切に保持させることなどが期待できる。
The configuration for supplying the absorbing liquid A to the
・排気通路22に設けられる添加弁34としては、1つに限らず、例えば複数であってもよい。
The number of
・吸収液体Aや貯蔵液体Bとしては、上記各実施形態に例示したものに限らない。例えば、イオン液体や、アルカリ水溶液、水等であって且つ化学変化を伴わずにNOxを吸収(物理吸着)する物質であってもよい。 The absorbing liquid A and the storage liquid B are not limited to those exemplified in the above embodiments. For example, it may be an ionic liquid, an alkaline aqueous solution, water, or the like, and a substance that absorbs NOx (physical adsorption) without chemical change.
・NOxの総吸収量Gtotalの算出手法としては、上記第2の実施形態に例示したものに限らない。例えば、排気通路22のうち、DPF26と添加弁34との間に、NOxを検出するNOxセンサを備え、このセンサを用いてエンジン10のNOx排出量を直接検出し、この検出結果に基づきNOxの総吸収量Gtotalを算出してもよい。
The method for calculating the total NOx absorption amount Gtotal is not limited to that exemplified in the second embodiment. For example, a NOx sensor that detects NOx is provided between the
・貯蔵液体B中のNOxの濃度Cnを把握する手法としては、上記第2の実施形態に例示したものに限らない。例えば、貯蔵液体貯蔵部32b内に貯蔵液体B中のNOxの濃度を検出するセンサを備え、このセンサの出力値に基づきNOxの濃度Cnを検出してもよい。
The method for grasping the concentration Cn of NOx in the storage liquid B is not limited to the one exemplified in the second embodiment. For example, a sensor that detects the concentration of NOx in the storage liquid B may be provided in the storage
・還元浄化処理の実行条件としては、上記第2の実施形態に例示したものに限らない。例えば、上記総吸収量Gtotalが規定量以上になるとの条件としてもよい。また例えば、還元浄化処理を前回実行してから車両の走行距離が規定距離以上になるとの条件としてもよい。 The execution conditions for the reduction and purification process are not limited to those exemplified in the second embodiment. For example, it may be a condition that the total absorption amount Gtotal is equal to or greater than a specified amount. For example, it may be a condition that the travel distance of the vehicle becomes equal to or more than a specified distance since the reduction purification process was executed last time.
更に例えば、上記実行条件を、還元浄化処理を前回実行してから規定期間が経過したとの条件と、停車中(車両の走行速度が0)であるとの条件との論理積が真であるとの条件としてもよい。ここで停車中であるとの条件は、還元浄化処理によってNOxを適切に還元浄化することができなくなる事態を回避するためのものである。つまり例えば、上記第2の実施形態において、車両が動揺すること等に起因して、電極51a,51b間に貯蔵液体Bの流れが生じる等、貯蔵液体Bの挙動(液中・液面の挙動)が不安定になることがある。この場合、貯蔵液体B中に吸収されてイオン化されたNOxの電気泳動が妨げられ、還元浄化処理によって貯蔵液体B中のNOxを適切に還元浄化することができなくなるおそれがある。このため、停車中であるとの条件を設けることで、適切に還元浄化できなくなる事態を回避する。
Further, for example, the logical product of the execution condition and the condition that the specified period has elapsed since the previous execution of the reduction purification process and the condition that the vehicle is stopped (the vehicle traveling speed is 0) are true. It is good also as the condition. Here, the condition that the vehicle is stopped is for avoiding a situation in which NOx cannot be appropriately reduced and purified by the reduction and purification process. That is, for example, in the second embodiment described above, the behavior of the storage liquid B (behavior of the liquid and the liquid surface, such as a flow of the storage liquid B occurs between the
・本願発明が適用される車両としては、車載主機としてエンジンのみを搭載した車両に限らない。例えば、車載主機として、エンジンとともに回転機を備えるハイブリッド車両に適用してもよい。また例えば、車載主機として回転機のみを備えて且つ、回転機の電力供給源となるバッテリと、バッテリに充電するための補機発電機と、補機発電機の動力供給源となるエンジンとを備えるシリーズハイブリッド車両(いわゆるレンジエクステンダ車両)に適用してもよい。これらの場合、車載主機としてエンジンのみが搭載される車両と比較して、例えば低速走行速度域においてエンジンの使用頻度が低下し、排気系の温度が上昇しにくい状況が生じやすくなることが考えられる。このため、排気系の温度が低い領域から適切な浄化が期待できる本願発明を適用することで、排気特性の悪化を回避することができる。 -The vehicle to which the present invention is applied is not limited to a vehicle equipped with only an engine as an in-vehicle main unit. For example, you may apply to a hybrid vehicle provided with a rotary machine with an engine as a vehicle-mounted main machine. Also, for example, a battery that includes only a rotating machine as an in-vehicle main machine and that serves as a power supply source for the rotating machine, an auxiliary generator for charging the battery, and an engine that serves as a power supply source for the auxiliary generator You may apply to the series hybrid vehicle (what is called a range extender vehicle) provided. In these cases, compared to a vehicle on which only the engine is mounted as the in-vehicle main machine, for example, the frequency of use of the engine is reduced in a low-speed traveling speed range, and it is likely that a situation in which the temperature of the exhaust system is difficult to rise is likely to occur. . For this reason, by applying the present invention in which appropriate purification can be expected from a region where the temperature of the exhaust system is low, deterioration of exhaust characteristics can be avoided.
・プラズマ発生装置56としては、上記第3の実施形態に例示したものに限らない。例えば、一対の電極56a,56bの双方が貯蔵液体中に浸される水中放電式のものであってもよい。
The
・吸収液体A及び貯蔵液体Bに要求される要素の相違としては、上記各実施形態に例示したもの(NOx吸収能力や、コスト、耐電性)に限らず、タンク30内における液体の流動性等、他の要求要素の相違も考えられる。この場合であっても、タンク30内を透過膜38によって仕切って且つ異種の液体を貯蔵する構成を備える本願発明の適用により、上記相違に適切に対応することが期待できる。
The difference in elements required for the absorption liquid A and the storage liquid B is not limited to those exemplified in the above embodiments (NOx absorption capacity, cost, electric resistance), but the fluidity of the liquid in the
・エンジン10としては、圧縮点火式エンジンに限らず、例えば筒内直噴式の火花点火式エンジンであってもよい。
The
10…エンジン、22…排気通路、28…NOx除去装置(内燃機関の排気浄化装置の一実施形態)、30…タンク、34…添加弁、36…接触器、38…透過膜、48,54…還元浄化装置、A…吸収液体、B…貯蔵液体。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1貯蔵手段に貯蔵された吸収液体を前記排気通路に供給する供給手段と、
前記吸収液体と異種の液体であって且つ窒素酸化物を吸収する貯蔵液体を貯蔵する第2貯蔵手段とを備え、
前記貯蔵液体は、単位量あたりの窒素酸化物の吸収量である窒素酸化物吸収密度が前記吸収液体の窒素酸化物吸収密度よりも高いものであり、
前記第1貯蔵手段と前記第2貯蔵手段とは、透過膜によって仕切られ、
前記第1貯蔵手段は、前記供給手段によって前記排気通路に供給された前記吸収液体を回収して貯蔵するものであり、
前記透過膜は、前記吸収液体に吸収された窒素酸化物を前記貯蔵液体側へと選択的に透過させることで、前記吸収液体中の窒素酸化物の濃度を低下させる機能を有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 First storage means for storing an absorbing liquid that absorbs nitrogen oxides in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine into the exhaust passage;
Supply means for supplying the absorption liquid stored in the first storage means to the exhaust passage;
A second storage means for storing a storage liquid that is different from the absorption liquid and absorbs nitrogen oxides;
The storage liquid has a nitrogen oxide absorption density, which is an absorption amount of nitrogen oxide per unit amount, higher than the nitrogen oxide absorption density of the absorption liquid,
The first storage means and the second storage means are partitioned by a permeable membrane,
The first storage means collects and stores the absorbing liquid supplied to the exhaust passage by the supply means,
The permeable membrane has a function of reducing the concentration of nitrogen oxides in the absorbing liquid by selectively transmitting nitrogen oxides absorbed in the absorbing liquid to the storage liquid side. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
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