JP6083373B2 - Highly active substance addition equipment - Google Patents
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Description
本発明は、NOxの還元に用いる還元剤を添加する、高活性物質添加装置に関する。 The present invention relates to a highly active substance addition apparatus for adding a reducing agent used for NOx reduction.
従来より、内燃機関の排気に含まれるNOx(窒素酸化物)を、触媒上で還元剤と反応させて浄化する技術が知られている。この技術に関し、特許文献1に記載の高活性物質添加装置では、内燃機関の燃焼に用いる燃料(炭化水素)を還元剤として用いている。そして、噴射弁から液体の燃料を霧状に噴射して、放電する電極間に通過させることで改質し、改質した液体燃料を排気通路へ添加している。
2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for purifying NOx (nitrogen oxide) contained in exhaust gas of an internal combustion engine by reacting with a reducing agent on a catalyst is known. With regard to this technique, the highly active substance addition device described in
しかし、上述の如く放電により還元剤を改質する装置では、放電に要する電力量が大きく、消費電力の低減が求められる。特に、内燃機関が車両に搭載されたものである場合には、電極へ電力供給する車載バッテリの容量には限りがあるので、消費電力の低減がより一層求められる。 However, in the apparatus for reforming the reducing agent by discharging as described above, the amount of power required for discharging is large, and reduction of power consumption is required. In particular, when the internal combustion engine is mounted on a vehicle, the capacity of the in-vehicle battery that supplies power to the electrodes is limited, so that further reduction in power consumption is required.
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、消費電力の低減を図った高活性物質添加装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said problem, The objective is to provide the highly active substance addition apparatus aiming at reduction of power consumption.
ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。 The invention disclosed herein employs the following technical means to achieve the above object. Note that the reference numerals in parentheses described in the claims and in this section indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later, and do not limit the technical scope of the invention. .
開示される発明のひとつは高活性物質添加装置である。この高活性物質添加装置は、内燃機関(10)の排気に含まれるNOxを還元触媒上で浄化するNOx浄化装置(15)が排気通路(10ex)に備えられた燃焼システムに設けられ、排気通路のうち還元触媒の上流側へ高活性物質を添加することを前提とする。そして、燃料である還元剤を供給する還元剤供給手段(33)と、少なくとも酸素を含んだ酸素ガスを放電により電離させる電極(21)を有し、還元剤供給手段により供給された還元剤を、電離させた酸素ガスにより酸化させて高活性物質としての改質還元剤を生成させる放電リアクタ(20)と、電極へ電力を供給して放電リアクタを作動させている間に、還元触媒の状態および排気の状態の少なくとも一方に応じて、電極へ供給する電力を調整する電力調整手段(S38)と、を備えることを特徴とする。 One of the disclosed inventions is a highly active substance adding device. This highly active substance addition device is provided in a combustion system in which an NOx purification device (15) for purifying NOx contained in exhaust gas of an internal combustion engine (10) on a reduction catalyst is provided in an exhaust passage (10ex). It is assumed that a highly active substance is added upstream of the reduction catalyst. A reducing agent supply means (33) for supplying a reducing agent as a fuel, and an electrode (21) for ionizing oxygen gas containing at least oxygen by discharging, the reducing agent supplied by the reducing agent supply means The state of the reduction catalyst during the operation of the discharge reactor (20) that is oxidized by the ionized oxygen gas to generate the reforming and reducing agent as the highly active substance and the power is supplied to the electrode and the discharge reactor is operated. And an electric power adjustment means (S38) for adjusting electric power supplied to the electrode according to at least one of the exhaust states.
さて、放電リアクタへの還元剤の供給量に対する改質量の割合を改質率と呼ぶ場合において、電極への供給電力が大きいほど改質率は高くなる。しかしながら、還元触媒の状態や排気の状態によっては、必要とされる改質率が異なってくるとの知見を本発明者らは得た。還元触媒の状態の具体例としては、還元触媒の温度等が挙げられる。排気の状態の具体例としては、NOx浄化装置に流入するNOxに対するNOの比率や、NOx浄化装置を流通する排気の流速等が挙げられる。 When the ratio of the reforming amount to the reducing agent supply amount to the discharge reactor is referred to as a reforming rate, the reforming rate increases as the power supplied to the electrode increases. However, the present inventors have found that the required reforming rate varies depending on the state of the reduction catalyst and the state of the exhaust. Specific examples of the state of the reduction catalyst include the temperature of the reduction catalyst. Specific examples of the exhaust state include the ratio of NO to NOx flowing into the NOx purification device, the flow rate of the exhaust gas flowing through the NOx purification device, and the like.
この知見を鑑みた上記発明によれば、電極へ電力を供給して放電リアクタを作動させている間に、還元触媒の状態および排気の状態の少なくとも一方に応じて電極への供給電力が調整されるので、必要とされる改質率に応じて供給電力が調整されることとなる。そのため、必要とされる改質率が低い場合にまで無駄に電力供給することが抑制され、消費電力の低減を図ることができる。 According to the above invention in view of this knowledge, while supplying electric power to the electrode and operating the discharge reactor, the electric power supplied to the electrode is adjusted according to at least one of the state of the reduction catalyst and the state of the exhaust. Therefore, the supplied power is adjusted according to the required reforming rate. Therefore, wasteful power supply is suppressed even when the required reforming rate is low, and power consumption can be reduced.
以下、発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図1に示す燃焼システムは、以下に詳述する内燃機関10、過給機11、微粒子捕集装置(DPF14)、DPF再生装置(再生用DOC14a)、NOx浄化装置15、還元剤浄化装置(浄化用DOC16)および高活性物質添加装置を備える。燃焼システムは車両に搭載されたものであり、当該車両は、内燃機関10の出力を駆動源として走行する。内燃機関10は、圧縮自着火式のディーゼルエンジンであり、燃焼に用いる燃料には軽油を用いている。
Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. The combustion system shown in FIG. 1 includes an
過給機11は、タービン11a、回転軸11bおよびコンプレッサ11cを備える。タービン11aは、内燃機関10の排気通路10exに配置され、排気の運動エネルギにより回転する。回転軸11bは、タービン11aおよびコンプレッサ11cの各インペラを結合することで、タービン11aの回転力をコンプレッサ11cに伝達する。コンプレッサ11cは、内燃機関10の吸気通路10inに配置され、吸気を圧縮して内燃機関10へ過給する。
The
吸気通路10inのうちコンプレッサ11cの下流側には、コンプレッサ11cで圧縮された吸気を冷却する冷却器12が配置されている。冷却器12により冷却された圧縮吸気は、スロットルバルブ13により流量調整された後、吸気マニホールドにより内燃機関10の複数の燃焼室へ分配される。
A
排気通路10exのうちタービン11aの下流側には、再生用DOC14a(Diesel Oxidation Catalyst)、DPF14(Diesel Particulate Filter)、NOx浄化装置15、浄化用DOC16が順に配置されている。DPF14は、排気に含まれている微粒子を捕集する。再生用DOC14aは、排気中の未燃燃料を酸化させて燃焼させる触媒を有する。この燃焼により、DPF14で捕集された微粒子を燃焼させて、DPF14を再生させて捕集能力を維持させる。なお、再生用DOC14aへの未燃燃料供給による燃焼は、常時実施されるものではなく、再生が必要な時期に一時的に実施される。
A
排気通路10exのうちDPF14の下流側かつNOx浄化装置15の上流側には、高活性物質添加装置の供給管35が接続されている。この供給管35から排気通路10exへ、高活性物質添加装置により生成された改質還元剤が添加される。改質還元剤とは、還元剤として用いる炭化水素(燃料)を部分的に酸化して部分酸化炭化水素に改質したものであり、図2を用いて後に詳述する。
A
NOx浄化装置15は、還元触媒を担持するハニカム状の担体15bと、担体15bを内部に収容するハウジング15aとを備える。NOx浄化装置15は、排気中のNOxを還元触媒上で改質還元剤と反応させてN2に還元することで、排気に含まれているNOxを浄化する。なお、排気中にはNOxの他にO2も含まれているが、改質還元剤はO2存在下においてNOxと選択的に反応する。
The
還元触媒には、NOxを吸着する機能を有したものが用いられている。詳細には、還元反応が可能となる活性化温度よりも触媒温度が低い場合には、還元触媒は排気中のNOxを吸着する機能を発揮する。そして、触媒温度が活性化温度以上の場合には、吸着されていたNOxは改質還元剤により還元されて、還元触媒から放出される。例えば、担体15bに担持された銀アルミナによる還元触媒により、NOx吸着機能を有したNOx浄化装置15が提供される。
A reduction catalyst having a function of adsorbing NOx is used. Specifically, when the catalyst temperature is lower than the activation temperature at which the reduction reaction is possible, the reduction catalyst exhibits a function of adsorbing NOx in the exhaust. When the catalyst temperature is equal to or higher than the activation temperature, the adsorbed NOx is reduced by the reforming reducing agent and released from the reduction catalyst. For example, the
浄化用DOC16は、酸化触媒を担持する担体をハウジング内に収容して構成されている。浄化用DOC16は、還元触媒上にてNOx還元に用いられずにNOx浄化装置15から流出した還元剤を、酸化触媒上で酸化する。これにより、排気通路10exの出口から還元剤が大気に放出されることを防止する。なお、酸化触媒の活性化温度(例えば200℃)は、還元触媒の活性化温度(例えば250℃)よりも低い。
The
次に、改質還元剤を生成して供給管35から排気通路10exへ添加する高活性物質添加装置について説明する。高活性物質添加装置は、以下に詳述する放電リアクタ20、エアポンプ31、燃料噴射弁33および電気ヒータ34を備える。放電リアクタ20は、接地電圧および高電圧となる一対の電極21を複数組備える。各々の電極21は平板形状であり、互いに平行に対向するように配置されている。電極21への電圧印加は、電子制御装置(ECU80)が備えるマイクロコンピュータ(マイコン81)により制御される。
Next, a highly active substance adding device that generates a reforming and reducing agent and adds it to the exhaust passage 10ex from the
放電リアクタ20の上流側には、内部に混合室30aを形成するケース30が取り付けられている。混合室30aには、エアポンプ31により送風された空気が送風管32を通じて流入する。エアポンプ31は電動モータにより駆動し、その電動モータはマイコン81により制御される。エアポンプ31が送風する空気は、高活性物質添加装置の周囲に存在する常温常圧の大気である。空気には酸素分子が含まれているので、酸素を含むガスをエアポンプ31は混合室30aへ供給していると言える。以下、このように少なくとも酸素を含むガスのことを、単に酸素ガスと呼ぶ。エアポンプ31は酸素ガスを放電リアクタ20へ供給する「酸素供給手段」を提供する。
A
燃料タンク33t内の液体燃料は、ポンプ33pにより燃料噴射弁33に供給され、燃料噴射弁33の噴孔から混合室30aへ噴射される。燃料タンク33t内の燃料は、先述した燃焼用の燃料としても用いられており、内燃機関10の燃焼に用いる燃料と、還元剤として用いる燃料は共用される。燃料噴射弁33は、電磁ソレノイドによる電磁力により開弁作動させる構造であり、その電磁ソレノイドへの通電はマイコン81により制御される。燃料噴射弁33は、燃料を噴射することで放電リアクタ20へ炭化水素を供給する「還元剤供給手段」を提供する。
The liquid fuel in the
電気ヒータ34は、混合室30aに配置され、燃料噴射弁33から噴射された液体燃料を加熱する。電気ヒータ34への通電状態はマイコン81により制御される。電気ヒータ34により加熱された液体燃料は、混合室30a内で気化し、さらに、気化した燃料は電気ヒータ34により所定温度以上にまで加熱される。これにより、炭素数の少ない炭化水素に燃料が分解されるといったクラッキングが生じる。クラッキングにより炭素数が少なくなった炭化水素は沸点が低くなるので、気化した燃料が液体に戻ることが抑制される。
The
混合室30aでは、電気ヒータ34により気化およびクラッキングされた燃料と、エアポンプ31により供給された酸素ガスを含む空気とが混合される。その混合気は、放電リアクタ20の電極21間の流通路21aを流通し、供給管35を通じて排気通路10exへ添加される。放電リアクタ20は、混合気に含まれる炭化水素を酸化させて改質還元剤を生成する。以下、図2を用いてその生成反応について説明する。
In the mixing
先ず、図2中の符号(1)に示すように、電極21から放出された電子が、混合気に含まれる酸素ガス(酸素分子)に衝突する。すると、酸素分子は電離して活性酸素の状態になる(符号(2)参照)。次に、活性酸素は、混合気に含まれる気体燃料(炭化水素)と反応して炭化水素を部分的に酸化する(符号(3)参照)。これにより、炭化水素が部分的に酸化された状態の改質還元剤が生成される(符号(4)参照)。改質還元剤の具体例としては、炭化水素の一部がヒドロキシ基(OH)、アルデヒド基(CHO)に酸化された状態の部分酸化物が挙げられる。
First, as indicated by reference numeral (1) in FIG. 2, electrons emitted from the
さらに放電リアクタ20は、燃料噴射弁33による燃料噴射が停止されて燃料が流入していない状態では、図3に示すようにオゾンを活発に生成するようになる。すなわち、先ず、電極21から放出された電子が、エアポンプ31により送風されてくる酸素ガス(酸素分子)に衝突する(符号(1)参照)。すると、酸素分子は電離して活性酸素の状態になる(符号(2)参照)。そして活性酸素は、送風されてくる酸素分子と反応して酸化する(符号(5)(6)参照)。
Further, the
要するに、電極21に電圧を印加してエアポンプ31を作動させた状態にすれば、放電リアクタ20は、酸素ガスをグロー放電によりプラズマ状態にして、酸素分子を電離させて活性酸素にする。そして、この状態で燃料が噴射されていれば、放電リアクタ20は活性酸素により燃料を部分的に酸化させて改質還元剤を生成する。一方、燃料噴射が停止されていれば、放電リアクタ20は活性酸素により酸素ガスからオゾンを生成する。生成された改質還元剤またはオゾンは、エアポンプ31の送風圧力により電極21間の流通路21aから流出し、供給管35を通じて排気通路10exへ添加される。
In short, if a voltage is applied to the
ECU80が備えるマイコン81は、プログラムを記憶する記憶装置と、記憶されたプログラムにしたがって演算処理を実行する中央演算処理装置と、を備える。ECU80は、各種センサの検出値に基づき内燃機関10の作動を制御する。上記各種センサの具体例として、アクセルペダルセンサ91、機関回転速度センサ92、スロットル開度センサ93、吸気圧センサ94、吸気量センサ95、排気温度センサ96等が挙げられる。
The microcomputer 81 provided in the
アクセルペダルセンサ91は、ユーザのアクセルペダル踏込量を検出する。機関回転速度センサ92は、内燃機関10の出力軸10aの回転速度(エンジン回転数)を検出する。スロットル開度センサ93はスロットルバルブ13の開度を検出する。吸気圧センサ94は、吸気通路10inのうちスロットルバルブ13の下流側の圧力を検出する。吸気量センサ95は吸気の質量流量を検出する。
The
概略、ECU80は、出力軸10aの回転速度および内燃機関10の負荷に応じて、図示しない燃料噴射弁から噴射される燃焼用燃料の噴射量および噴射時期を制御する。さらにECU80は、排気温度センサ96により検出された排気温度に基づき、高活性物質添加装置の作動を制御する。すなわち、マイコン81は、図4に示す手順のプログラムを所定周期で繰り返し実行することで、改質還元剤の生成とオゾンの生成を切り替えるように制御する。上記プログラムは、イグニッションスイッチがオン操作されたことをトリガとして始動し、内燃機関10の運転期間中は常時実行される。
In general, the
先ず、図5のステップS10において、内燃機関10が運転中であるか否かを判定する。運転中でないと判定されれば、ステップS15において還元剤添加装置の作動を停止させる。具体的には、エアポンプ31、燃料噴射弁33、および電気ヒータ34への通電が為されていた場合、その通電を停止させる。一方、内燃機関10が運転中であると判定されれば、NOx浄化装置15が有する還元触媒の温度(NOx触媒温度)に応じて還元剤添加装置を作動させる。
First, in step S10 of FIG. 5, it is determined whether or not the
具体的には、先ずステップS11において、予め設定されている電力量でエアポンプ31を作動させる。続くステップS12では、NOx触媒温度が還元触媒の活性化温度T1(例えば250℃)未満であるか否かを判定する。NOx触媒温度は、排気温度センサ96により検出された排気温度から推定される。ここで、還元触媒の活性化温度とは、改質燃料によりNOxを還元浄化できる温度を示す。
Specifically, first, in step S11, the
NOx触媒温度が活性化温度T1未満であると判定された場合には、次のステップS13において、図5に示すオゾン生成制御のサブルーチン処理を実施する。すなわち、先ず図5のステップS20において、予め設定されている電力量で放電リアクタ20の電極21へ通電して放電を生じさせる。続くステップS21では、電気ヒータ34への通電を停止させ、続くステップS22では、燃料噴射弁33への通電を停止させて燃料噴射を停止させる。
If it is determined that the NOx catalyst temperature is lower than the activation temperature T1, the subroutine for ozone generation control shown in FIG. 5 is performed in the next step S13. That is, first, in step S20 in FIG. 5, the
以上に説明したオゾン生成制御によれば、放電リアクタ20へは燃料が供給されずに空気が供給された状態で放電が為される。そのため、図3に示すようにオゾンが生成されることとなり、生成されたオゾンは、供給管35を通じて排気通路10exへ添加される。
According to the ozone generation control described above, discharge is performed in a state where air is supplied to the
図4の説明に戻り、NOx触媒温度が活性化温度T1以上であると判定された場合には、次のステップS14において、図6に示す改質還元剤生成制御のサブルーチン処理を実施する。すなわち、先ず図6のステップS30において、予め設定されている電力量で電気ヒータ34を作動させる。続くステップS31では、内燃機関10の運転状態に基づき、NOx浄化装置15へ流入する排気中に含まれているNOx量、およびNOx浄化装置15で吸着されているNOx吸着量を算出する。
Returning to the description of FIG. 4, when it is determined that the NOx catalyst temperature is equal to or higher than the activation temperature T <b> 1, in the next step S <b> 14, the reforming / reducing agent generation control subroutine shown in FIG. 6 is performed. That is, first, in step S30 of FIG. 6, the
NOx量を算出する具体例を以下に説明する。排気中のNOx量は内燃機関10の運転状態に応じて変化する。例えば、内燃機関10の出力トルクおよびエンジン回転数と、NOx量とは相関が高い。そこで、出力トルクおよびエンジン回転数に対応するNOx量を予め試験してマップ化してマイコン81に記憶させておく。そして、内燃機関10の運転時に、実際の出力トルクまたは目標出力トルク、およびエンジン回転数を取得する。取得した出力トルクおよびエンジン回転数に基づき、記憶させておいたマップを参照してNOx量を算出する。
A specific example of calculating the NOx amount will be described below. The amount of NOx in the exhaust gas changes according to the operating state of the
上記NOx量とは、厳密には、単位時間当たりのNOx量、つまりNOx流量のことである。また、このように算出したNOx量の推移に基づき、NOx吸着量を算出する。例えば、内燃機関10の始動開始時からNOx触媒温度が活性化温度T1にまで上昇する暖機運転期間における、NOx量の積算値をNOx吸着量として算出する。
Strictly speaking, the NOx amount is the NOx amount per unit time, that is, the NOx flow rate. Further, the NOx adsorption amount is calculated based on the transition of the NOx amount calculated in this way. For example, the integrated value of the NOx amount during the warm-up operation period in which the NOx catalyst temperature rises to the activation temperature T1 from the start of the
次のステップS32では、ステップS31で算出したNOx量およびNOx吸着量に基づき必要還剤量を算出する。例えば、NOx吸着量にNOx量を加算し、その加算値に所定の係数を乗算して必要還剤量を算出する。続くステップS33では、ステップS32で設定した必要還元剤量に基づき、燃料噴射弁33の作動を制御する。具体的には、必要還元剤量が多いほど、所定時間あたりに燃料噴射弁33が開弁している時間を長くする。ステップS33の処理を実行している時のマイコン81は、NOx浄化装置15へ流入するNOxの流量に基づき、燃料噴射弁33による還元剤の供給量を制御する「還元剤制御手段」を提供する。
In the next step S32, the required amount of the return agent is calculated based on the NOx amount and the NOx adsorption amount calculated in step S31. For example, the NOx amount is added to the NOx adsorption amount, and the required amount of the reductant is calculated by multiplying the added value by a predetermined coefficient. In the subsequent step S33, the operation of the
続くステップS34では、NOx触媒温度を取得する。NOx触媒温度は、排気温度センサ96により検出された排気温度から推定される。続くステップS35では、NOx浄化装置15に流入するNOx量に対するNO量の比率を、NO比率として推定する。この推定の手順については、図11を用いて後に詳述する。続くステップS36では、排気通路10exを流れる排気の流速を取得する。例えば、吸気量センサ95により検出された吸気量に基づき排気の流速を算出する。なお、マイコン81は、ステップS34、S35、S36の各々の処理実行時において、「還元触媒温度取得手段」「NO比率推定手段」「排気流速取得手段」をそれぞれ提供する。
In the subsequent step S34, the NOx catalyst temperature is acquired. The NOx catalyst temperature is estimated from the exhaust temperature detected by the
続くステップS37では、ステップS32で算出した必要還剤量、ステップS34で取得したNOx触媒温度、ステップS35で推定したNO比率、およびステップS36で取得した排気流速に基づき、電極21へ供給する電力を設定する。この供給電力を大きくするほど、放電リアクタ20へ供給された還元剤の量に対する改質された還元剤の量の割合(改質率)が高くなる。
In the subsequent step S37, the electric power supplied to the
このステップS37では、必要還剤量が多く、燃料噴射弁33から噴射された還元剤が多いほど、電極21への供給電力を大きくして、改質率を上昇させる。このように、基本的には、必要還剤量に比例して供給電力を設定する。但し、NOx触媒温度、NO比率および排気流速に応じて、供給電力を補正している。以下、これらの補正による技術的意義を、図7〜図10を用いて説明する。
In this step S37, the larger the necessary amount of the reducing agent and the more reducing agent injected from the
図7中のドットを付した棒グラフは放電を実施した場合におけるNOx浄化率を示し、斜線を付した棒グラフは放電を実施しなかった場合におけるNOx浄化率を示す。NOx浄化率とは、NOx浄化装置15へ流入したNOx量に対する、NOx浄化装置15で浄化されたNOx量の割合である。図7の試験では、NOx量に対するNO2量の比率(NO2比率)が1、つまりNO量がゼロの状態で試験しており、還元剤として使用した燃料はC3H6である。また、いずれの試験においても、放電リアクタ20へ供給される還元剤量および空気量は同じである。
The bar graph with dots in FIG. 7 indicates the NOx purification rate when discharge is performed, and the bar graph with hatching indicates the NOx purification rate when discharge is not performed. The NOx purification rate is the ratio of the NOx amount purified by the
図示されるように、NOx触媒温度が300℃の場合には、放電を実施して還元剤を改質することにより、NOx浄化率が約3倍向上する。しかし、NOx触媒温度が400℃の場合には、放電を実施しない場合であっても、放電を実施した場合と同等のNOx浄化率が得られることが、図7の試験結果により明らかとなった。 As shown in the figure, when the NOx catalyst temperature is 300 ° C., the NOx purification rate is improved by about three times by performing discharge to reform the reducing agent. However, when the NOx catalyst temperature is 400 ° C., it is clear from the test results of FIG. 7 that even if the discharge is not performed, the NOx purification rate equivalent to that when the discharge is performed can be obtained. .
この試験結果を鑑みて、図8に示すように放電電力を補正する。すなわち、NOx触媒温度が活性化温度T1にまで上昇して触媒暖機が完了した後、NOx触媒温度の上昇に伴い放電電力を低下させていくように補正する。そして、NOx触媒温度が放電不要温度T2(例えば400℃)にまで上昇すると、放電電力をゼロにするように補正する。なお、NOx触媒温度が活性化温度T1の場合には、NOx触媒温度に基づく放電電力の補正を実施しない。 In view of this test result, the discharge power is corrected as shown in FIG. That is, after the NOx catalyst temperature rises to the activation temperature T1 and the catalyst warm-up is completed, correction is made so that the discharge power is reduced as the NOx catalyst temperature rises. When the NOx catalyst temperature rises to a discharge unnecessary temperature T2 (for example, 400 ° C.), the discharge power is corrected to zero. When the NOx catalyst temperature is the activation temperature T1, the discharge power correction based on the NOx catalyst temperature is not performed.
図9中のドットを付した棒グラフは、NO2比率が1でありNO量がゼロの状態で放電した場合におけるNOx浄化率を示し、斜線を付した棒グラフは、NO比率が1でありNO2量がゼロの状態で放電した場合におけるNOx浄化率を示す。なお、還元剤として使用した燃料がC3H6であり、NOx触媒温度が300℃で試験している。また、いずれの試験においても、放電リアクタ20へ供給される還元剤量および空気量は同じである。
The bar graph with dots in FIG. 9 shows the NOx purification rate when discharged with the NO 2 ratio being 1 and the NO amount being zero, and the shaded bar graph is the NO ratio being 1 and NO 2 The NOx purification rate when discharged in a state where the amount is zero is shown. The fuel used as the reducing agent is C 3 H 6 and the NOx catalyst temperature is 300 ° C. In any test, the amount of reducing agent supplied to the
図示されるように、還元剤量および空気量等の条件が同じであっても、NO比率が低いほどNO2量が多いためNOx浄化率は高くなることが、図9の試験結果により明らかとなった。NOに比べてNO2の方が還元剤による還元の反応性が高いからである。この試験結果を鑑みて、図10に示すように放電電力を補正する。すなわち、NO比率が低いほど、放電電力を低下させていくように補正する。なお、NO比率が1の場合には、NO比率に基づく放電電力の補正を実施しない。 As shown, even in conditions such as a reducing agent amount and the air amount is the same, NOx purification rate for NO ratio is often lower the NO 2 amount that increases, apparent from the test results of FIG. 9 became. This is because NO 2 has a higher reduction reactivity with the reducing agent than NO. In view of this test result, the discharge power is corrected as shown in FIG. In other words, correction is performed such that the lower the NO ratio, the lower the discharge power. When the NO ratio is 1, correction of discharge power based on the NO ratio is not performed.
さらに、排気流速が速いほど、排気中のNOxが浄化されずに還元触媒上を通過する可能性が高くなるので、放電電力を増大させていくように補正する。要するに、NOx触媒温度が高いほど放電電力を低下させ、NO比率が低いほど放電電力を低下させ、排気流速が速いほど放電電力を増大させるように補正する。 Furthermore, the higher the exhaust gas flow rate, the higher the possibility that NOx in the exhaust gas will pass through the reduction catalyst without being purified, so correction is made to increase the discharge power. In short, the correction is made such that the higher the NOx catalyst temperature, the lower the discharge power, the lower the NO ratio, the lower the discharge power, and the faster the exhaust gas flow rate, the higher the discharge power.
図6の説明に戻り、図6のステップS38では、上述の如くステップS37で設定した放電電力となるように、電極21への供給電力を制御する。例えば、車載にバッテリの電圧を昇圧する昇圧回路を備え、昇圧回路により昇圧された高電圧を電極21へ印加する。そして、この高電圧を印加するデューティ比を制御することで、供給電力を制御する。なお、ステップS38の処理を実行している時のマイコン81は、還元触媒の状態および排気の状態に応じて放電電力を調整する「電力調整手段」を提供する。
Returning to the description of FIG. 6, in step S38 of FIG. 6, the power supplied to the
図11は、NO比率の推定手順を示すサブルーチン処理である。先ず、図11のステップS40において、内燃機関10の出力トルクおよびエンジン回転数を、エンジン運転状態として取得する。続くステップS41では、現時点でのNO比率の基準値となるベースNO比率を取得する。
FIG. 11 is a subroutine process showing the NO ratio estimation procedure. First, in step S40 of FIG. 11, the output torque and engine speed of the
ベースNO比率とは、内燃機関10の出力トルクおよびエンジン回転数が変化することなく一定時間以上経過した定常運転状態におけるNO比率のことである。出力トルクおよびエンジン回転数とNO比率とは相関が高い。そこで、出力トルクおよびエンジン回転数に対応するNO比率を予め試験してマップ化してマイコン81に記憶させておく。そして、ステップS40で取得した出力トルクおよびエンジン回転数に基づき、記憶させておいたマップを参照してベースNO比率を算出する。
The base NO ratio is the NO ratio in a steady operation state in which a predetermined time or more has passed without the output torque of the
さて、NOx浄化装置15の上流側には再生用DOC14aが配置されているので、排気中のNOが再生用DOC14aによりNO2に酸化されると、NOx浄化装置15へ流入する排気のNO比率が変化する。このようなNO比率の変化は、上述したNO比率のマップに反映されている。しかし、このマップに記憶されているNO比率の値は、内燃機関10が定常運転している場合の値であり、エンジン運転状態が変化して再生用DOC14aの温度(DOC温度)が変化すると、実際のNO比率とベースNO比率とでズレが生じる。そこで以下のステップS44〜S47では、DOC温度に応じて上記ズレを補正している。
Since the
具体的には、先ずステップS42において、現時点での再生用DOC14aの基準温度となるベースDOC温度を取得する。ベースDOC温度とは、先述した定常運転状態におけるDOC温度のことである。なお、出力トルクおよびエンジン回転数の値が高いほどDOC温度は高くなる。続くステップS43では、現時点での実際のDOC温度を取得する。DOC温度は、排気温度センサ96により検出された排気温度から推定される。
Specifically, first, in step S42, the base DOC temperature that is the reference temperature of the
続くステップS44では、ステップS42で取得したベースDOC温度と、ステップS43で取得したDOC温度とを大小比較する。続くステップS45では、以下に説明する分解開始温度とDOC温度とを大小比較する。ここで、排気温度が所定温度以上の高温度領域になると、NO2が熱分解してNOに変化する現象が生じる。この高温度領域の最低値(例えば500℃)を分解開始温度と呼ぶ。続くステップS46では、再生用DOC14aの活性化温度(DOC活性温度)とDOC温度とを大小比較する。DOC活性化温度とは、排気中のNOをNO2に酸化できる温度(例えば200℃)のことである。
In subsequent step S44, the base DOC temperature acquired in step S42 and the DOC temperature acquired in step S43 are compared in magnitude. In the following step S45, the decomposition start temperature described below and the DOC temperature are compared in magnitude. Here, when the exhaust gas temperature is in a high temperature range equal to or higher than a predetermined temperature, a phenomenon occurs in which NO 2 is thermally decomposed and changed to NO. The minimum value (for example, 500 ° C.) in this high temperature region is called the decomposition start temperature. In the subsequent step S46, the activation temperature (DOC activation temperature) of the
続くステップS47では、ステップS44、S45、S46による比較結果に基づき、ステップS41で取得したベースNO比率を、後に詳述する手法にしたがって補正する。そして、ステップS47で補正したNO比率を、図6のステップS35によるNO比率の推定値とする。 In the subsequent step S47, the base NO ratio acquired in step S41 is corrected according to the method described in detail later based on the comparison results in steps S44, S45, and S46. Then, the NO ratio corrected in step S47 is used as the estimated value of the NO ratio in step S35 of FIG.
なお、ステップS41の処理を実行している時のマイコン81は、エンジン運転状態に基づきNO比率のベース値(ベースNO比率)を算出する「ベース値算出手段」を提供する。ステップS42の処理を実行している時のマイコン81は、エンジン運転状態に基づき再生用DOC14aの基準温度(ベースDOC温度)を設定する「基準温度設定手段」を提供する。ステップS47の処理を実行している時のマイコン81は、DOC温度がベースDOC温度よりも高い場合にベースNO比率を低下させるように補正する「補正手段」を提供する。
Note that the microcomputer 81 when executing the process of step S41 provides a “base value calculation unit” that calculates a base value of the NO ratio (base NO ratio) based on the engine operating state. The microcomputer 81 when executing the process of step S42 provides “reference temperature setting means” for setting the reference temperature (base DOC temperature) of the
次に、ステップS47による補正の手法について詳述する。基本的に、後述する例外条件に該当していなければ、再生用DOC14aがNOをNO2に酸化する率はDOC温度が高いほど高くなる。すると、NO比率は低くなる。したがって、ベースDOC温度が高いほどベースNO比率は低く設定されている。しかし、このベースNO比率は、ベースDOC温度が一定になっており内燃機関10が定常運転されている場合を想定した値である。
Next, the correction method in step S47 will be described in detail. Basically, the rate at which the
そのため、過渡的にDOC温度がベースDOC温度よりも高くなっている場合には、実際のNO比率はベースNO比率よりも低くなる。そこで、上記ステップS47では、DOC温度がベースDOC温度よりも高ければNO比率を低下させ、DOC温度がベースDOC温度よりも低ければNO比率を増加させるように、ベースNO比率を補正する。つまり、ステップS44による比較結果に基づきベースNO比率を補正する。但し、以下に説明する高温例外条件または未活性例外条件に該当する場合にはこの限りではない。 Therefore, when the DOC temperature is transiently higher than the base DOC temperature, the actual NO ratio is lower than the base NO ratio. Therefore, in step S47, the base NO ratio is corrected so that the NO ratio is decreased if the DOC temperature is higher than the base DOC temperature, and is increased if the DOC temperature is lower than the base DOC temperature. That is, the base NO ratio is corrected based on the comparison result in step S44. However, this is not the case when the high temperature exception condition or inactive exception condition described below is met.
排気温度が所定温度以上の高温度領域になると、上述したようにNO2が熱分解してNOに変化するので、NO比率が高くなる。そのため、DOC温度が分解開始温度よりも高くなっている場合には、例外的に、NO比率を増加させるようにベースNO比率を補正する。 When the exhaust gas temperature is in a high temperature region that is equal to or higher than the predetermined temperature, NO 2 is thermally decomposed and changed to NO as described above, so the NO ratio increases. Therefore, when the DOC temperature is higher than the decomposition start temperature, the base NO ratio is corrected to increase the NO ratio exceptionally.
但し、ベースDOC温度が分解開始温度よりも高い場合、つまり高温例外条件に該当しない場合には、NO2の熱分解を想定した値にベースNO比率は設定されている。そのため、この場合には、DOC温度が分解開始温度よりも高くてもベースNO比率の増加補正は不要である。 However, when the base DOC temperature is higher than the decomposition start temperature, that is, when the high temperature exception condition is not met, the base NO ratio is set to a value assuming NO 2 thermal decomposition. Therefore, in this case, even if the DOC temperature is higher than the decomposition start temperature, the increase correction of the base NO ratio is unnecessary.
この点を鑑み、ステップS47では、ステップS44、S45による比較結果に基づき、ベースDOC温度が分解開始温度よりも低く、かつDOC温度が分解開始温度よりも高い、といった高温例外条件を満たしているか否かを判定する。そして、高温例外条件を満たしていると判定した場合には、DOC温度がベースDOC温度よりも高くなっているにも拘わらずNO比率を増加させるように、ベースNO比率を補正する。 In view of this point, in step S47, whether or not the high temperature exception condition that the base DOC temperature is lower than the decomposition start temperature and the DOC temperature is higher than the decomposition start temperature is satisfied based on the comparison result in steps S44 and S45. Determine whether. When it is determined that the high temperature exception condition is satisfied, the base NO ratio is corrected so that the NO ratio is increased even though the DOC temperature is higher than the base DOC temperature.
再生用DOC14aが低温で活性化していなければ、NOがNO2に酸化されないのでNO比率が高くなる。そのため、ベースDOC温度がDOC活性温度よりも低い場合には、NOがNO2に酸化されないことを想定した値にベースNO比率は設定されている。この値は、再生用DOC14aへ流入する排気のNO比率(DOC入口NO比率)である。したがって、ベースDOC温度がDOC活性温度よりも低い場合には、例外的に、DOC温度がベースDOC温度よりも低くなっているにも拘わらずNO比率を増加補正しない。
If the
但し、ベースDOC温度がDOC活性温度よりも高い場合(図13参照)、つまり未活性例外条件に該当しない場合には、ベースNO比率はDOC入口NO比率よりも低い値に設定されている。そのため、この場合には、DOC温度がベースDOC温度よりも低ければベースNO比率の増加補正を実施する。この増加補正では、DOC入口NO比率を上限としてベースNO比率を補正する。 However, when the base DOC temperature is higher than the DOC activation temperature (see FIG. 13), that is, when the inactive exception condition is not met, the base NO ratio is set to a value lower than the DOC inlet NO ratio. Therefore, in this case, if the DOC temperature is lower than the base DOC temperature, the base NO ratio increase correction is performed. In this increase correction, the base NO ratio is corrected with the DOC inlet NO ratio as an upper limit.
この点を鑑み、ステップS47では、ステップS44、S46による比較結果に基づき、ベースDOC温度がDOC活性温度よりも低く、かつDOC温度がDOC活性温度よりも低い、といった未活性例外条件を満たしているか否かを判定する。そして、未活性例外条件を満たしていると判定した場合には、DOC温度がベースDOC温度からずれていてもベースNO比率を補正しない(図12参照)。 In view of this point, in step S47, whether or not the inactive exception condition that the base DOC temperature is lower than the DOC activation temperature and the DOC temperature is lower than the DOC activation temperature is satisfied based on the comparison result in steps S44 and S46. Determine whether or not. If it is determined that the inactive exception condition is satisfied, the base NO ratio is not corrected even if the DOC temperature deviates from the base DOC temperature (see FIG. 12).
図12および図13は、内燃機関10が定常運転ではないことに伴いDOC温度が変化していく試験条件下において、実際のNO比率(実NO比率)の計測値を示す図であり、図中の上段はDOC温度の変化、下段はNO比率の変化を示す。図12は、ベースDOC温度がDOC活性温度より低い場合の一例であり、図13は、ベースDOC温度がDOC活性温度より高い場合の一例である。
12 and 13 are diagrams showing measured values of the actual NO ratio (actual NO ratio) under the test conditions in which the DOC temperature changes when the
先ず、図12の例について説明する。図12の例では、ベースDOC温度がDOC活性温度より低いので、未活性例外条件を満たす場合がある。先ず、DOC温度が上昇してベースDOC温度に達し(t1参照)、さらにDOC温度が上昇して活性化温度に達するt2時点までの期間では、実NO比率はベースNO比率と一致する。そのため、t2時点までの期間では、図11のステップS47によるベースNO比率の補正は不要である。そして、t2時点までの期間では未活性例外条件が満たされるので、DOC温度がベースDOC温度とずれているもののステップS47による補正は実施されない。 First, the example of FIG. 12 will be described. In the example of FIG. 12, since the base DOC temperature is lower than the DOC activation temperature, the inactivity exception condition may be satisfied. First, the actual NO ratio coincides with the base NO ratio in the period up to the time t2 when the DOC temperature rises and reaches the base DOC temperature (see t1), and further reaches the activation temperature. Therefore, it is not necessary to correct the base NO ratio in step S47 in FIG. Since the inactive exception condition is satisfied during the period up to the time point t2, the correction in step S47 is not performed although the DOC temperature is deviated from the base DOC temperature.
t2時点の後、DOC温度がさらに上昇して分解開始温度に達するt3時点までの期間では、再生用DOC14aによりNOがNO2に酸化される量が、定常運転時に比べて多い。そのため、実NO比率はベースNO比率よりも小さくなる。そこで、t2時点からt3時点までの期間では、ステップS44による比較にしたがって、ベースNO比率を低下補正する。
After the time t2, the amount of NO that is oxidized to NO 2 by the
t3時点からt4時点の期間では、DOC温度が分解開始温度以上になり、NO2が熱分解してNOに変化する現象が生じる。そのため、実NO比率はベースNO比率よりも大きくなる。この期間では高温例外条件を満たすこととなり、ステップS45による比較にしたがって、ベースNO比率を増加補正する。 During the period from the time point t3 to the time point t4, the DOC temperature becomes equal to or higher than the decomposition start temperature, and a phenomenon occurs in which NO 2 is thermally decomposed and changed to NO. Therefore, the actual NO ratio becomes larger than the base NO ratio. During this period, the high temperature exception condition is satisfied, and the base NO ratio is increased and corrected according to the comparison in step S45.
t4時点の後、DOC温度が低下して活性化温度に達するt5時点までの期間では、t2時点からt3時点までの期間と同様にして、実NO比率はベースNO比率よりも小さくなるので、ベースNO比率を低下補正する。t5時点以降では、t2時点までの期間と同様にして未活性例外条件が満たされるので、DOC温度がベースDOC温度とずれているもののステップS47による補正は実施されない。 Since the actual NO ratio is smaller than the base NO ratio in the period from the time t4 to the time t5 when the DOC temperature decreases and reaches the activation temperature, as in the period from the time t2 to the time t3. Reduce the NO ratio. After the time point t5, the inactive exception condition is satisfied in the same manner as the period up to the time point t2, so that the correction in step S47 is not performed although the DOC temperature is different from the base DOC temperature.
次に、図13の例について説明する。図13の例では、ベースDOC温度がDOC活性温度より高いので、未活性例外条件が満たされることはない。先ず、DOC温度が上昇して活性化温度に達し(t11参照)、さらにベースDOC温度に達するt12時点までの期間では、DOC温度がベースDOC温度よりも低い。そのため、再生用DOC14aによりNOがNO2に酸化される量が、定常運転時に比べて少ない。よって、実NO比率はベースNO比率よりも大きくなる。そこで、ステップS44による比較にしたがってベースNO比率を増加補正する。この増加補正では、DOC入口NO比率を上限としてベースNO比率を補正する。
Next, the example of FIG. 13 will be described. In the example of FIG. 13, since the base DOC temperature is higher than the DOC activation temperature, the inactivity exception condition is not satisfied. First, the DOC temperature rises to reach the activation temperature (see t11), and the DOC temperature is lower than the base DOC temperature in a period until t12 when the base DOC temperature is reached. Therefore, the amount that NO is oxidized to NO 2 by the
t12時点の後、DOC温度がさらに上昇して分解開始温度に達するt13時点までの期間では、再生用DOC14aによりNOがNO2に酸化される量が、定常運転時に比べて多い。そのため、実NO比率はベースNO比率よりも小さくなる。そこで、t12時点からt13時点までの期間では、ステップS44による比較にしたがって、ベースNO比率を低下補正する。
After the time point t12, during the period from the time point t12 until the time point t13 when the DOC temperature further rises and reaches the decomposition start temperature, the amount of NO oxidized to NO 2 by the
t13時点からt14時点の期間では、DOC温度が分解開始温度以上になり、NO2が熱分解してNOに変化する現象が生じる。そのため、実NO比率はベースNO比率よりも大きくなる。この期間では高温例外条件を満たすこととなり、ステップS45による比較にしたがって、ベースNO比率を増加補正する。t14時点以降では、t13時点までの期間と同様にして、DOC温度とベースDOC温度とのずれに応じて、ステップS44による比較にしたがって補正される。 In the period from the time point t13 to the time point t14, a phenomenon occurs in which the DOC temperature becomes equal to or higher than the decomposition start temperature, and NO 2 is thermally decomposed and changed to NO. Therefore, the actual NO ratio becomes larger than the base NO ratio. During this period, the high temperature exception condition is satisfied, and the base NO ratio is increased and corrected according to the comparison in step S45. After the time point t14, the correction is performed according to the comparison in step S44 according to the difference between the DOC temperature and the base DOC temperature in the same manner as the period up to the time point t13.
以上に説明した通り、本実施形態に係る高活性物質添加装置は、還元触媒の状態および排気の状態に応じて電極21への供給電力を調整する。すなわち、排気の状態を表す物理量としてNO比率を推定するとともに排気流速を取得し、還元触媒の状態を表す物理量としてNOx触媒温度を取得する。そして、取得したNOx触媒温度が高いほど、推定したNO比率が低いほど、取得した排気流速が遅いほど、電極21への供給電力を小さくする。以下、このように供給電力を調整することの技術的意義について説明する。
As described above, the highly active substance addition device according to the present embodiment adjusts the power supplied to the
放電リアクタ20により還元剤を改質するとNOx浄化装置15におけるNOx浄化率が向上する。しかし、図7を用いて先述したように、NOx触媒温度が放電不要温度T2にまで上昇すると、改質しなくても改質した場合と同等のNOx浄化率が得られる。この点を鑑みた本実施形態では、NOx触媒温度が高いほど供給電力を小さくして、放電不要温度T2以上になると供給電力をゼロにする(図8参照)。よって、必要とされる改質率に応じて供給電力が調整されることとなるので、必要とされる改質率が低い場合にまで無駄に電力供給することを抑制でき、消費電力の低減を図ることができる。
When the reducing agent is reformed by the
図9を用いて先述したように、NO比率が低いほどNOx浄化率は高くなる。この点を鑑みた本実施形態では、NO比率が低いほど供給電力を小さくする(図10参照)。よって、必要とされる改質率に応じて供給電力が調整されることとなるので、必要とされる改質率が低い場合にまで無駄に電力供給することを抑制できる。 As described above with reference to FIG. 9, the NOx purification rate increases as the NO ratio decreases. In this embodiment in view of this point, the lower the NO ratio, the smaller the supplied power (see FIG. 10). Therefore, since the supplied power is adjusted according to the required reforming rate, it is possible to suppress wasteful power supply even when the required reforming rate is low.
先述した通り、排気流速が速いほど、排気中のNOxが浄化されずに還元触媒上を通過する可能性が高くなる。換言すれば、排気流速が遅い場合には、改質率が低くても十分なNOx浄化率を確保できる。そこで本実施形態では、排気流速が遅いほど供給電力を小さくする。よって、必要とされる改質率に応じて供給電力が調整されることとなるので、必要とされる改質率が低い場合にまで無駄に電力供給することを抑制できる。 As described above, the higher the exhaust gas flow rate, the higher the possibility that NOx in the exhaust gas passes through the reduction catalyst without being purified. In other words, when the exhaust gas flow rate is slow, a sufficient NOx purification rate can be ensured even if the reforming rate is low. Therefore, in the present embodiment, the lower the exhaust flow rate, the smaller the supplied power. Therefore, since the supplied power is adjusted according to the required reforming rate, it is possible to suppress wasteful power supply even when the required reforming rate is low.
さらに本実施形態では、NO比率を推定するにあたり、排気温度が分解開始温度以上である場合には、NO比率を増加させるように補正して推定する。そのため、NO2が熱分解してNOに変化する現象が生じても、NO比率の推定精度低下を抑制できる。よって、NO比率に応じて供給電力を調整するにあたり、高精度で調整できる。 Furthermore, in this embodiment, when estimating the NO ratio, if the exhaust gas temperature is equal to or higher than the decomposition start temperature, the NO ratio is corrected and estimated so as to increase. Therefore, even if a phenomenon in which NO 2 is thermally decomposed and changes to NO occurs, it is possible to suppress a decrease in the accuracy of NO ratio estimation. Therefore, it is possible to adjust with high accuracy in adjusting the supply power according to the NO ratio.
さらに本実施形態では、図11のステップS41においてエンジン運転状態に基づきベースNO比率を算出し、ステップS42においてエンジン運転状態に基づきベースDOC温度を設定する。そして、ステップS46における実DOC温度とベースDOC温度との大小比較に基づき、ベースNO比率を補正してNO比率を推定する。そのため、再生用DOC14aによりNOがNO2に酸化されることを鑑みてNO比率が推定されるので、NO比率の推定精度を向上できる。よって、NO比率に応じて供給電力を調整するにあたり、高精度で調整できる。
Further, in this embodiment, the base NO ratio is calculated based on the engine operating state in step S41 of FIG. 11, and the base DOC temperature is set based on the engine operating state in step S42. Then, based on the comparison between the actual DOC temperature and the base DOC temperature in step S46, the base NO ratio is corrected and the NO ratio is estimated. Therefore, the NO ratio is estimated in view of the fact that NO is oxidized to NO 2 by the
さらに本実施形態では、図6のステップS31、S32、S33において、エンジン運転状態に応じた必要還元剤量の分だけ燃料(還元剤)を噴射する。そして、噴射した還元剤の量が多いほど供給電力を大きくしている。そのため、必要還元剤量の増加に伴い還元剤の噴射量が増加しても、改質率が低下することを回避できる。換言すれば、必要還元剤量の減少に伴い還元剤の噴射量が減少した場合には供給電力を小さくすることで、無駄に電力供給することを抑制できる。 Further, in the present embodiment, in steps S31, S32, and S33 in FIG. 6, fuel (reducing agent) is injected by the amount of the necessary reducing agent according to the engine operating state. Then, the larger the amount of injected reducing agent, the larger the supplied power. Therefore, even when the injection amount of the reducing agent increases with the increase in the necessary reducing agent amount, it is possible to avoid the reforming rate from decreasing. In other words, wasteful power supply can be suppressed by reducing the supply power when the amount of reducing agent injection decreases as the required amount of reducing agent decreases.
さらに本実施形態では、燃料噴射を停止させれば活性酸素によりオゾンが生成され、燃料を噴射させれば活性酸素により燃料が酸化(改質)されて改質還元剤が生成される。よって、1つの放電リアクタ20で、還元剤の改質とオゾン生成の両方を実現できる。
Further, in the present embodiment, if fuel injection is stopped, ozone is generated by active oxygen, and if fuel is injected, fuel is oxidized (reformed) by active oxygen and a reforming / reducing agent is generated. Therefore, both the reforming of the reducing agent and the generation of ozone can be realized with one
さらに本実施形態では、還元触媒がNOxを吸着する機能を有している。そのため、放電リアクタ20にて生成されたオゾンを排気通路10exに添加すると、排気中のNOがNO2に酸化され、還元触媒に吸着されやすくなる。よって、生成したオゾンを、還元触媒でのNOx吸着性向上に利用することができる。
Furthermore, in this embodiment, the reduction catalyst has a function of adsorbing NOx. Therefore, when ozone generated in the
さらに本実施形態では、還元触媒が活性化温度未満であることを条件としてオゾンを生成させ、還元触媒が活性化温度以上であることを条件として改質還元剤を生成させる。そのため、還元触媒が還元能力を発揮できない低温時に改質還元剤が排気通路10exに添加されることを回避できる。そして、上記低温時には排気通路10exにオゾンを添加してNOをNO2に酸化させ、NOx吸着性を向上させるので、低温時にNOxが浄化されないままNOx浄化装置15から流出することを抑制できる。
Further, in the present embodiment, ozone is generated on the condition that the reduction catalyst is lower than the activation temperature, and the reforming reducing agent is generated on the condition that the reduction catalyst is higher than the activation temperature. Therefore, it can be avoided that the reforming reducing agent is added to the exhaust passage 10ex at a low temperature when the reduction catalyst cannot exhibit the reducing ability. And, at the low temperature, ozone is added to the exhaust passage 10ex to oxidize NO to NO 2 and improve NOx adsorption, so that NOx can be prevented from flowing out of the
また、オゾンは高温であるほど熱分解しやすくなるが、本実施形態では、上記低温時にオゾンが排気通路10exに添加され、低温時以外では添加されない。よって、添加したオゾンが排気熱で熱分解するおそれを低減できる。 Further, although ozone is more likely to be thermally decomposed as the temperature is higher, in the present embodiment, ozone is added to the exhaust passage 10ex when the temperature is low, and is not added except when the temperature is low. Therefore, the possibility that the added ozone is thermally decomposed by exhaust heat can be reduced.
ここで、燃料噴射弁33から噴射された液体燃料が電極21に付着すると、改質した燃料を排気通路10exへ供給するタイミングを意図通りに制御できなくなるおそれがある。例えば、改質還元剤の供給が遅れたり、改質還元剤が低排気温時に意図に反して添加される懸念が生じる。この懸念に対し、本実施形態では、燃料噴射弁33から噴射された液体燃料を電気ヒータ34により加熱している。そのため、液体燃料の気化が促進され、電極21に液体燃料が付着することを抑制でき、上記懸念を軽減できる。
Here, if the liquid fuel injected from the
さらに本実施形態では、液体燃料を電気ヒータ34で加熱するので、先述したクラッキングを生じさせて燃料の沸点を低下させることができる。よって、気化した燃料が酸素ガスにより冷却されて液体に戻ることを抑制できるので、液体燃料が電極21に付着することを抑制できる。
Furthermore, in this embodiment, since liquid fuel is heated with the
(他の実施形態)
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
(Other embodiments)
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as illustrated below. Not only combinations of parts that clearly show that combinations are possible in each embodiment, but also combinations of the embodiments even if they are not explicitly stated unless there is a problem with the combination. Is also possible.
図6に示す実施形態では、還元触媒の状態および排気の状態の両方に応じて電極21への供給電力を調整している。これに対し、還元触媒の状態および排気の状態のいずれか一方に応じて供給電力を調整してもよい。換言すれば、NOx触媒温度、NO比率および排気流速の3つのパラメータに基づき電極21への供給電力を調整することに替え、上記3つのパラメータのいずれか1つまたは2つに基づき供給電力を調整してもよい。
In the embodiment shown in FIG. 6, the power supplied to the
図1に示す実施形態では、液体燃料を微粒化して加熱手段へ供給する微粒化手段として、燃料噴射弁33を採用している。これに対し、超音波等の高周波数で振動する振動板に液体燃料を接触させることで、液体燃料を振動させて微粒化させる振動装置を、微粒化手段として採用してもよい。
In the embodiment shown in FIG. 1, the
図1に示す実施形態では、放電リアクタ20へ酸素ガスを供給する酸素供給手段として、大気を送風するエアポンプ31を採用している。これに対し、内燃機関10の吸気の一部を分岐させて放電リアクタ20へ流入させるようにしてもよい。この場合、コンプレッサ11cの下流側に位置する吸気通路10inのうち、冷却器12の上流部分から吸気を分岐させてもよいし、冷却器12の下流部分から吸気を分岐させてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 1, an
また、冷却器12の上流部分から冷却器12により冷却される前の高温吸気を分岐させるモードと、冷却器12の下流部分から冷却器12により冷却された後の低温吸気を分岐させるモードとを切り替えるようにしてもよい。この場合、オゾン生成時には低温吸気を分岐させるモードにして、生成したオゾンが吸気の熱で破壊されることを抑制することが望ましい。また、改質還元剤生成時には高温吸気を分岐させるモードにして、電気ヒータ34により加熱された燃料が、混合室30a内で吸気により冷却されることを抑制することが望ましい。
Further, a mode in which the high-temperature intake air before being cooled by the cooler 12 is branched from the upstream portion of the cooler 12 and a mode in which the low-temperature intake air after being cooled by the cooler 12 from the downstream portion of the cooler 12 are branched. You may make it switch. In this case, it is desirable to suppress the destruction of the generated ozone by the heat of the intake air by setting a mode in which the low-temperature intake air is branched when ozone is generated. In addition, it is desirable to suppress the cooling of the fuel heated by the
オゾンの生成および改質還元剤の生成をともに停止させている完全停止の場合には、放電リアクタ20による放電を停止させて、無駄な電力消費の抑制を図るようにしてもよい。上記完全停止させるケースの具体例としては、NOx触媒温度が活性化温度未満であり、かつ、NOx吸着量が飽和状態になっているケースや、NOx触媒温度が還元可能範囲を超えて高温になっているケースが挙げられる。また、上記完全停止の場合には、エアポンプ31の作動を停止して酸素ガスの供給を停止させることで、電力消費の低減を図ってもよい。
In the case of a complete stop in which both the generation of ozone and the generation of the reforming reducing agent are stopped, the discharge by the
図1に示す上記実施形態では、NOxを物理的に捕捉(つまり吸着)する還元触媒が採用されているが、NOxを化学的結合により捕捉(つまり吸蔵)する還元触媒が採用された燃焼システムに、高活性物質添加装置を適用させてもよい。 In the above embodiment shown in FIG. 1, a reduction catalyst that physically captures (that is, adsorbs) NOx is employed. However, the combustion system employs a reduction catalyst that traps (that is, stores) NOx by chemical bonding. Alternatively, a highly active substance addition apparatus may be applied.
内燃機関10が理論空燃比よりもリーンな状態で燃焼させている時に、NOx浄化装置15がNOxを吸着し、リーン燃焼以外の時にNOxを還元させる燃焼システムに、高活性物質添加装置を適用させてもよい。この場合、リーン燃焼時にはオゾンを生成し、リーン燃焼以外の時に改質還元剤を生成させればよい。このようにリーン燃焼時にNOxを捕捉する触媒の具体例としては、担体に担持された白金とバリウムによる吸蔵還元触媒が挙げられる。
When the
吸着または吸蔵の機能を有しないNOx浄化装置15が採用された燃焼システムに、高活性物質添加装置を適用させてもよい。この場合、放電リアクタ20で生成されたオゾンをDPF14の再生に用いればよい。すなわち、DPF14の上流へオゾンを添加することで、排気中のNOをNO2に酸化してDPF14へ流入させる。すると、DPF14で捕集されて堆積した微粒子の炭素成分が、NO2と反応して酸化される。これにより、DPF14に堆積した微粒子が除去されて、DPF14が再生される。
The highly active substance addition device may be applied to a combustion system in which the
上記第1実施形態では、図4のステップS12で用いるNOx触媒温度を、排気温度センサ96により検出された排気温度から推定している。これに対し、NOx浄化装置15に温度センサを取り付けて、NOx触媒温度を直接計測してもよい。或いは、出力軸10aの回転速度および内燃機関10の負荷等に基づき、NOx触媒温度を推定してもよい。
In the first embodiment, the NOx catalyst temperature used in step S <b> 12 of FIG. 4 is estimated from the exhaust temperature detected by the
図1に示す実施形態では、放電リアクタ20は、平板形状の電極21を互いに平行に対向するように配置して構成されている。これに対し、放電リアクタは、針状に突出した形状の針状電極と、針状電極を環状に取り囲む環状電極とから構成されていてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 1, the
図1に示す実施形態では、車両に搭載された燃焼システムに高活性物質添加装置を適用させている。これに対し、定置式の燃焼システムに高活性物質添加装置を適用させてもよい。図1に示す実施形態では、圧縮自着火式のディーゼルエンジンに高活性物質添加装置を適用させており、燃焼用の燃料として用いる軽油を還元剤として用いている。これに対し、点火着火式のガソリンエンジンに高活性物質添加装置を適用させて、燃焼用の燃料として用いるガソリンを還元剤として用いてもよい。 In the embodiment shown in FIG. 1, a highly active substance addition device is applied to a combustion system mounted on a vehicle. On the other hand, a highly active substance addition device may be applied to a stationary combustion system. In the embodiment shown in FIG. 1, a highly active substance addition device is applied to a compression self-ignition diesel engine, and light oil used as a fuel for combustion is used as a reducing agent. On the other hand, gasoline used as a fuel for combustion may be used as a reducing agent by applying a highly active substance addition device to an ignition ignition type gasoline engine.
10…内燃機関、10ex…排気通路、15…NOx浄化装置、20…放電リアクタ、21…電極、31…エアポンプ(酸素供給手段)、33…燃料噴射弁(還元剤供給手段)、S38…電力調整手段。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
燃料である還元剤を供給する還元剤供給手段(33)と、
少なくとも酸素を含んだ酸素ガスを放電により電離させる電極(21)を有し、前記還元剤供給手段により供給された還元剤を、電離させた酸素ガスにより酸化させて前記高活性物質としての改質還元剤を生成させる放電リアクタ(20)と、
前記電極へ電力を供給して前記放電リアクタを作動させている間に、前記還元触媒の状態および前記排気の状態の少なくとも一方に応じて、前記電極へ供給する電力を調整する電力調整手段(S38)と、
を備えることを特徴とする高活性物質添加装置。 A NOx purification device (15) for purifying NOx contained in the exhaust gas of the internal combustion engine (10) on the reduction catalyst is provided in a combustion system provided in the exhaust passage (10ex), and upstream of the reduction catalyst in the exhaust passage. In a highly active substance addition device that adds a highly active substance to the side,
Reducing agent supply means (33) for supplying a reducing agent as fuel ;
It has an electrode (21) for ionizing oxygen gas containing at least oxygen by discharge, and the reducing agent supplied by the reducing agent supply means is oxidized by the ionized oxygen gas to be modified as the highly active substance. A discharge reactor (20) for producing a reducing agent;
A power adjusting means (S38) that adjusts the power supplied to the electrode according to at least one of the state of the reduction catalyst and the state of the exhaust gas while supplying power to the electrode and operating the discharge reactor. )When,
A highly active substance adding device comprising:
前記電力調整手段は、前記還元触媒温度取得手段により取得された温度が高いほど、前記電極へ供給する電力を小さくすることを特徴とする請求項1に記載の高活性物質添加装置。 Reduction catalyst temperature acquisition means (S34) for acquiring the temperature of the reduction catalyst as a physical quantity representing the state of the reduction catalyst;
2. The highly active substance adding device according to claim 1, wherein the power adjustment unit reduces the power supplied to the electrode as the temperature acquired by the reduction catalyst temperature acquisition unit increases.
燃料である還元剤を供給する還元剤供給手段(33)と、
少なくとも酸素を含んだ酸素ガスを放電により電離させる電極(21)を有し、前記還元剤供給手段により供給された還元剤を、電離させた酸素ガスにより酸化させて前記高活性物質としての改質還元剤を生成させる放電リアクタ(20)と、
前記還元触媒の状態および前記排気の状態の少なくとも一方に応じて、前記電極へ供給する電力を調整する電力調整手段(S38)と、
前記還元触媒の温度を、前記還元触媒の状態を表す物理量として取得する還元触媒温度取得手段(S34)と、を備え、
前記電力調整手段は、前記還元触媒温度取得手段により取得された温度が高いほど、前記電極へ供給する電力を小さくすることを特徴とする高活性物質添加装置。 A NOx purification device (15) for purifying NOx contained in the exhaust gas of the internal combustion engine (10) on the reduction catalyst is provided in a combustion system provided in the exhaust passage (10ex), and upstream of the reduction catalyst in the exhaust passage. In a highly active substance addition device that adds a highly active substance to the side,
Reducing agent supply means (33) for supplying a reducing agent as fuel ;
It has an electrode (21) for ionizing oxygen gas containing at least oxygen by discharge, and the reducing agent supplied by the reducing agent supply means is oxidized by the ionized oxygen gas to be modified as the highly active substance. A discharge reactor (20) for producing a reducing agent;
Power adjusting means (S38) for adjusting the power supplied to the electrode according to at least one of the state of the reduction catalyst and the state of the exhaust;
Reduction catalyst temperature acquisition means (S34) for acquiring the temperature of the reduction catalyst as a physical quantity representing the state of the reduction catalyst,
The high-activity substance addition device according to claim 1, wherein the power adjustment means reduces the power supplied to the electrode as the temperature acquired by the reduction catalyst temperature acquisition means increases.
前記電力調整手段は、前記NO比率推定手段により推定された前記比率が低いほど、前記電極へ供給する電力を小さくすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の高活性物質添加装置。 NO ratio estimation means (S35) for estimating the ratio of NO to NOx flowing into the NOx purification device as a physical quantity representing the state of the exhaust,
Said power adjusting means, the lower the said ratio estimated by the NO ratio estimating means, high activity according to any one of claims 1 to 3, characterized in that to reduce the power supplied to the electrode Substance addition equipment.
燃料である還元剤を供給する還元剤供給手段(33)と、
少なくとも酸素を含んだ酸素ガスを放電により電離させる電極(21)を有し、前記還元剤供給手段により供給された還元剤を、電離させた酸素ガスにより酸化させて前記高活性物質としての改質還元剤を生成させる放電リアクタ(20)と、
前記還元触媒の状態および前記排気の状態の少なくとも一方に応じて、前記電極へ供給する電力を調整する電力調整手段(S38)と、
前記NOx浄化装置に流入するNOxに対するNOの比率を、前記排気の状態を表す物理量として推定するNO比率推定手段(S35)と、を備え、
前記電力調整手段は、前記NO比率推定手段により推定された前記比率が低いほど、前記電極へ供給する電力を小さくすることを特徴とする記載の高活性物質添加装置。 A NOx purification device (15) for purifying NOx contained in the exhaust gas of the internal combustion engine (10) on the reduction catalyst is provided in a combustion system provided in the exhaust passage (10ex), and upstream of the reduction catalyst in the exhaust passage. In a highly active substance addition device that adds a highly active substance to the side,
Reducing agent supply means (33) for supplying a reducing agent as fuel ;
It has an electrode (21) for ionizing oxygen gas containing at least oxygen by discharge, and the reducing agent supplied by the reducing agent supply means is oxidized by the ionized oxygen gas to be modified as the highly active substance. A discharge reactor (20) for producing a reducing agent;
Power adjusting means (S38) for adjusting the power supplied to the electrode according to at least one of the state of the reduction catalyst and the state of the exhaust;
NO ratio estimation means (S35) for estimating a ratio of NO to NOx flowing into the NOx purification device as a physical quantity representing the state of the exhaust,
The highly active substance adding device according to claim 1, wherein the power adjusting means reduces the power supplied to the electrode as the ratio estimated by the NO ratio estimating means is lower.
前記NO比率推定手段は、排気温度が前記分解開始温度以上である場合には、前記比率を増加させるように補正して推定することを特徴とする請求項4または5に記載の高活性物質添加装置。 In the case where the lowest value of the temperature region where the phenomenon that NO 2 is thermally decomposed and changed to NO occurs is called the decomposition start temperature,
The highly active substance addition according to claim 4 or 5 , wherein the NO ratio estimating means performs correction so as to increase the ratio when the exhaust gas temperature is equal to or higher than the decomposition start temperature. apparatus.
前記NO比率推定手段は、
前記内燃機関の運転状態に基づき前記比率のベース値を算出するベース値算出手段(S41)と、
前記内燃機関の運転状態に基づき前記酸化触媒の基準温度を設定する基準温度設定手段(S42)と、
前記酸化触媒の温度と前記基準温度との大小比較に基づき前記ベース値を補正し、補正後の前記ベース値を前記比率として推定する補正手段(S44、S47)と、
を有することを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1つに記載の高活性物質添加装置。 The combustion system includes an oxidation catalyst (14a) on the upstream side of the NOx purification device,
The NO ratio estimation means includes
Base value calculation means (S41) for calculating a base value of the ratio based on the operating state of the internal combustion engine;
Reference temperature setting means (S42) for setting a reference temperature of the oxidation catalyst based on the operating state of the internal combustion engine;
Correction means (S44, S47) for correcting the base value based on a comparison between the temperature of the oxidation catalyst and the reference temperature, and estimating the corrected base value as the ratio;
The highly active substance adding device according to claim 4 , wherein the high active substance adding device is provided.
前記電力調整手段は、前記排気流速取得手段により取得された流速が遅いほど、前記電極へ供給する電力を小さくすることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1つに記載の高活性物質添加装置。 An exhaust gas flow rate acquisition means (S36) for acquiring the flow rate of the exhaust gas flowing through the NOx purification device as a physical quantity representing the state of the exhaust gas;
The highly active substance according to any one of claims 1 to 7 , wherein the power adjustment unit decreases the power supplied to the electrode as the flow rate acquired by the exhaust flow rate acquisition unit decreases. Addition equipment.
燃料である還元剤を供給する還元剤供給手段(33)と、
少なくとも酸素を含んだ酸素ガスを放電により電離させる電極(21)を有し、前記還元剤供給手段により供給された還元剤を、電離させた酸素ガスにより酸化させて前記高活性物質としての改質還元剤を生成させる放電リアクタ(20)と、
前記還元触媒の状態および前記排気の状態の少なくとも一方に応じて、前記電極へ供給する電力を調整する電力調整手段(S38)と、
前記NOx浄化装置を流通する前記排気の流速を、前記排気の状態を表す物理量として取得する排気流速取得手段(S36)と、を備え、
前記電力調整手段は、前記排気流速取得手段により取得された流速が遅いほど、前記電極へ供給する電力を小さくすることを特徴とする高活性物質添加装置。 A NOx purification device (15) for purifying NOx contained in the exhaust gas of the internal combustion engine (10) on the reduction catalyst is provided in a combustion system provided in the exhaust passage (10ex), and upstream of the reduction catalyst in the exhaust passage. In a highly active substance addition device that adds a highly active substance to the side,
Reducing agent supply means (33) for supplying a reducing agent as fuel ;
It has an electrode (21) for ionizing oxygen gas containing at least oxygen by discharge, and the reducing agent supplied by the reducing agent supply means is oxidized by the ionized oxygen gas to be modified as the highly active substance. A discharge reactor (20) for producing a reducing agent;
Power adjusting means (S38) for adjusting the power supplied to the electrode according to at least one of the state of the reduction catalyst and the state of the exhaust;
An exhaust gas flow rate acquisition means (S36) for acquiring a flow rate of the exhaust gas flowing through the NOx purification device as a physical quantity representing the state of the exhaust gas,
The high-active substance addition device according to claim 1, wherein the power adjustment means decreases the power supplied to the electrode as the flow rate acquired by the exhaust flow rate acquisition means decreases.
前記電力調整手段は、前記還元剤制御手段により制御された還元剤の供給量が多いほど、前記電極へ供給する電力を大きくすることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1つに記載の高活性物質添加装置。 Reducing agent control means (S33) for controlling the amount of reducing agent supplied by the reducing agent supply means based on the flow rate of NOx flowing into the NOx purification device,
Said power adjusting means, wherein the more the supply amount of the controlled reducing agent by the reducing agent control unit, according to any one of claims 1 to 9, characterized in that to increase the power supplied to the electrode Highly active substance addition equipment.
燃料である還元剤を供給する還元剤供給手段(33)と、
少なくとも酸素を含んだ酸素ガスを放電により電離させる電極(21)を有し、前記還元剤供給手段により供給された還元剤を、電離させた酸素ガスにより酸化させて前記高活性物質としての改質還元剤を生成させる放電リアクタ(20)と、
前記還元触媒の状態および前記排気の状態の少なくとも一方に応じて、前記電極へ供給する電力を調整する電力調整手段(S38)と、
前記NOx浄化装置へ流入するNOxの流量に基づき、前記還元剤供給手段による還元剤の供給量を制御する還元剤制御手段(S33)と、を備え、
前記電力調整手段は、前記還元剤制御手段により制御された還元剤の供給量が多いほど、前記電極へ供給する電力を大きくすることを特徴とする高活性物質添加装置。 A NOx purification device (15) for purifying NOx contained in the exhaust gas of the internal combustion engine (10) on the reduction catalyst is provided in a combustion system provided in the exhaust passage (10ex), and upstream of the reduction catalyst in the exhaust passage. In a highly active substance addition device that adds a highly active substance to the side,
Reducing agent supply means (33) for supplying a reducing agent as fuel ;
It has an electrode (21) for ionizing oxygen gas containing at least oxygen by discharge, and the reducing agent supplied by the reducing agent supply means is oxidized by the ionized oxygen gas to be modified as the highly active substance. A discharge reactor (20) for producing a reducing agent;
Power adjusting means (S38) for adjusting the power supplied to the electrode according to at least one of the state of the reduction catalyst and the state of the exhaust;
Reducing agent control means (S33) for controlling the amount of reducing agent supplied by the reducing agent supply means based on the flow rate of NOx flowing into the NOx purification device,
The high-active substance addition device according to claim 1, wherein the power adjustment means increases the power supplied to the electrode as the supply amount of the reducing agent controlled by the reducing agent control means increases.
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