JP6742060B2 - Exhaust gas purification apparatus and method for internal combustion engine that obtains driving force by combustion of ammonia - Google Patents
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Description
本発明は、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気を浄化する技術に関する。 The present invention relates to a technique for purifying exhaust gas of an internal combustion engine that obtains a driving force by burning ammonia.
触媒を利用して、エンジンなどの内燃機関の排気に含まれる有害物質を浄化する技術が知られている。例えば、非特許文献１には、三元触媒を搭載した触媒システムにおいて、排気中の酸素（Ｏ2）濃度をモニタし、排気中の還元剤成分（ＨＣ，ＣＯ）と、酸化剤成分（ＮＯ）とが常にバランスするよう空燃比を制御することが記載されている。例えば、特許文献１には、ゼオライトと、触媒を搭載した主要コンバータとを備える排気浄化システムにおいて、内燃機関からの排気を、冷間始動時中にはゼオライトへと誘導し、ゼオライトが加熱されて脱離温度に達した後には主要コンバータへと誘導することが記載されている。例えば、特許文献２には、冷機起動運転期間の間、内燃機関からの排気を第一触媒ゾーン、ゼオライトを含む吸着ゾーン、第二触媒ゾーンの順に誘導すると共に、第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンとの間で熱を伝達することが記載されている。 There is known a technique of purifying harmful substances contained in exhaust gas of an internal combustion engine such as an engine using a catalyst. For example, in Non-Patent Document 1, in a catalyst system equipped with a three-way catalyst, the concentration of oxygen (O 2 ) in exhaust gas is monitored, and a reducing agent component (HC, CO) in the exhaust gas and an oxidizing agent component (NO ) Is controlled so that the air-fuel ratio is always balanced. For example, in Patent Document 1, in an exhaust gas purification system including zeolite and a main converter equipped with a catalyst, exhaust gas from an internal combustion engine is guided to zeolite during cold start, and the zeolite is heated. It is described to induce the main converter after the desorption temperature is reached. For example, in Patent Document 2, exhaust gas from an internal combustion engine is guided to a first catalyst zone, an adsorption zone containing zeolite, and a second catalyst zone in this order during a cold start-up operation period, and a first catalyst zone and a second catalyst are also provided. It is described that heat is transferred to and from the zone.
ところで、アンモニア（ＮＨ3）ガスを燃焼させて駆動力を得る内燃機関（以降、「アンモニアエンジン」とも呼ぶ。）が知られている。アンモニアは炭素（Ｃ）を含まないため、アンモニアエンジンには排出ガスに二酸化炭素（ＣＯ2）が含まれないという利点がある。この点、非特許文献１及び特許文献１，２に記載の技術では、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンにおける排気の浄化のみが考慮され、アンモニアエンジンにおける排気の浄化については何ら記載されていない。 By the way, an internal combustion engine (hereinafter, also referred to as “ammonia engine”) that burns ammonia (NH 3 ) gas to obtain a driving force is known. Since ammonia does not contain carbon (C), the ammonia engine has an advantage that carbon dioxide (CO 2 ) is not contained in the exhaust gas. In this respect, the technologies described in Non-Patent Document 1 and Patent Documents 1 and 2 consider only the purification of exhaust gas from a gasoline engine or a diesel engine, and do not describe anything about purification of exhaust gas from an ammonia engine.
また、例えば、非特許文献１の技術をアンモニアエンジンに適用した場合、三元触媒が活性化温度に達していれば、排気中の有害物質であるアンモニアを酸化させると共に、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元させることで有害物質を浄化することができる。しかし、三元触媒が活性化温度に達していない場合、アンモニアや窒素酸化物が未反応のまま三元触媒を通過して排出されるという課題があった。例えば、特許文献１や特許文献２の技術をアンモニアエンジンに適用した場合、触媒が活性化温度に達する前においては、ゼオライトにアンモニアを吸着させることにより、アンモニアの排出を抑制することができる。しかし、ゼオライトは高温になると吸着しているアンモニアの脱離が生じるという特性を有するため、ゼオライトの下流側において、脱離したアンモニアを浄化するための触媒がさらに必要となり、装置やシステムが複雑化、大型化するという課題があった。 Further, for example, when the technique of Non-Patent Document 1 is applied to an ammonia engine, if the three-way catalyst has reached an activation temperature, ammonia that is a harmful substance in exhaust gas is oxidized and nitrogen oxide (NOx) is also generated. By reducing, it is possible to purify harmful substances. However, when the three-way catalyst has not reached the activation temperature, there is a problem that ammonia and nitrogen oxides are discharged unreacted through the three-way catalyst. For example, when the technology of Patent Document 1 or Patent Document 2 is applied to an ammonia engine, the emission of ammonia can be suppressed by adsorbing ammonia on zeolite before the catalyst reaches the activation temperature. However, since zeolite has the property of desorbing adsorbed ammonia at high temperatures, a catalyst for purifying the desorbed ammonia is further required on the downstream side of the zeolite, which complicates the equipment and system. However, there was a problem of increasing the size.
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置において、アンモニアの排出を抑制すると共に、装置の簡易化及び小型化を図ることを目的とする。 The present invention is made in order to solve at least a part of the above-mentioned problems, and in an exhaust gas purification device for purifying exhaust gas of an internal combustion engine that obtains a driving force by combustion of ammonia, while suppressing emission of ammonia, The purpose is to simplify and downsize the device.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気浄化装置であって、前記内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられた、三元触媒機能及びアンモニア吸着機能を有する触媒と、前記触媒の温度を取得する温度取得部と、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を取得する第２混合比取得部と、前記触媒の活性化温度に応じて、前記触媒の上流側における排気の混合比を変更させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記温度取得部により取得された前記触媒の温度が前記触媒の活性化温度を超えた場合に、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を量論から希薄へと変更させ、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を希薄へと変更させた後、一定時間の経過後に前記前記触媒の上流側における前記排気の混合比を量論へと変更させ、前記温度取得部により取得された前記触媒の温度と、前記第２混合比取得部により取得された前記排気の混合比と、を用いて、前記触媒に吸着されているアンモニアの量を推定し、前記一定時間を、前記触媒において前記推定した量のアンモニアが酸化されるまでの時間とする、排気浄化装置。そのほか、本発明は、以下の形態としても実現可能である。 The present invention has been made to solve at least a part of the problems described above, and can be realized as the following modes. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, which obtains a driving force by combustion of ammonia, provided in a main flow path through which exhaust gas from the internal combustion engine flows, and a catalyst having a three-way catalyst function and an ammonia adsorption function, and the catalyst A temperature acquisition unit that acquires a temperature, a second mixing ratio acquisition unit that acquires a mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst, and a mixing of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst according to the activation temperature of the catalyst. A control unit for changing the ratio, the control unit, when the temperature of the catalyst acquired by the temperature acquisition unit exceeds the activation temperature of the catalyst, the exhaust gas on the upstream side of the catalyst After changing the mixing ratio from stoichiometric to lean and changing the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst to lean, the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst is changed after a certain period of time. The catalyst is adsorbed on the catalyst using the temperature of the catalyst acquired by the temperature acquisition unit and the mixture ratio of the exhaust gas acquired by the second mixture ratio acquisition unit. An exhaust emission control device, wherein the amount of ammonia is estimated, and the fixed time is the time until the estimated amount of ammonia is oxidized in the catalyst. In addition, the present invention can be implemented in the following forms.
（１）本発明の一形態によれば、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気浄化装置が提供される。この排気浄化装置は、前記内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられた、三元触媒機能及びアンモニア吸着機能を有する触媒と、前記触媒からのアンモニアの脱離と、前記触媒の活性化温度と、の少なくとも一方に関連する情報に応じて、前記触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄へと変更させる制御部と、を備える。 (1) According to one aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that obtains a driving force by burning ammonia. This exhaust gas purification device is provided with a catalyst having a three-way catalytic function and an ammonia adsorbing function, which is provided in a main passage through which exhaust gas from the internal combustion engine flows, desorption of ammonia from the catalyst, and activation of the catalyst. And a control unit for changing the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst from stoichiometric to lean according to information related to at least one of the temperature and the temperature.
この構成によれば、排気浄化装置は、三元触媒機能とアンモニア吸着機能との両方を有する。このため、内燃機関の始動直後等、触媒が活性化温度に達する前においては、アンモニア吸着機能によって触媒に排気中のアンモニアを吸着させることで、アンモニアの排出を抑制できる。また、触媒が活性化温度に達した後においては、混合比が量論であるため、三元触媒機能によって、触媒において、排気中のアンモニア及び／または吸着されているアンモニアを酸化反応させると共に、排気中の窒素酸化物を還元反応させることができ、アンモニアの排出を抑制できる。さらに、制御部は、触媒からのアンモニアの脱離と触媒の活性化温度との少なくとも一方に関する情報に応じて、混合比を量論から希薄へと変更させるため、増加した排気中の酸素によって、触媒に吸着されているアンモニアを酸化し除去することができる。また、本構成によれば、三元触媒機能及びアンモニア吸着機能を有する触媒によって、排気浄化装置の構成を簡易化すると共に、排気浄化装置を小型化できる。 According to this configuration, the exhaust emission control device has both a three-way catalyst function and an ammonia adsorption function. Therefore, before the catalyst reaches the activation temperature, such as immediately after the start of the internal combustion engine, the ammonia adsorption function allows the catalyst to adsorb ammonia in the exhaust gas, thereby suppressing the emission of ammonia. Further, after the catalyst reaches the activation temperature, since the mixing ratio is stoichiometric, the three-way catalyst function causes the catalyst to oxidize ammonia in exhaust gas and/or adsorbed ammonia, and The nitrogen oxides in the exhaust gas can be reduced, and the emission of ammonia can be suppressed. Further, the control unit changes the mixing ratio from stoichiometric to lean according to the information regarding at least one of the desorption of ammonia from the catalyst and the activation temperature of the catalyst. Ammonia adsorbed on the catalyst can be oxidized and removed. Further, according to this configuration, the catalyst having the three-way catalytic function and the ammonia adsorbing function can simplify the configuration of the exhaust gas purification device and downsize the exhaust gas purification device.
（２）上記形態の排気浄化装置では、さらに、前記触媒の下流側における排気の混合比を取得する混合比取得部を備え、前記制御部は、前記混合比取得部により取得された前記排気の混合比が過濃である場合に、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を量論から希薄へと変更させる。この構成によれば、制御部は、触媒の下流側における排気の混合比が過濃である場合は、触媒に吸着されているアンモニアの脱離が発生したとみなして、触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄へと変更させることで、増加した排気中の酸素によって触媒に吸着されているアンモニアを酸化し除去することができる。 (2) In the exhaust emission control device of the above aspect, the exhaust gas purification device further includes a mixing ratio acquisition unit that acquires the mixing ratio of the exhaust gas on the downstream side of the catalyst, and the control unit controls the exhaust gas acquired by the mixing ratio acquisition unit. When the mixture ratio is excessive, the mixture ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst is changed from stoichiometric to lean. According to this configuration, when the mixture ratio of the exhaust gas on the downstream side of the catalyst is excessive, the control unit considers that desorption of the ammonia adsorbed on the catalyst has occurred, and the exhaust gas on the upstream side of the catalyst is considered. By changing the mixing ratio of (3) from stoichiometric to lean, the ammonia adsorbed on the catalyst can be oxidized and removed by the increased oxygen in the exhaust gas.
（３）上記形態の排気浄化装置において、前記制御部は、さらに、前記触媒の下流側における前記排気の混合比を量論に維持するように、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を変更させてもよい。この構成によれば、制御部は、触媒の下流側における排気の混合比を量論に維持するように触媒の上流側における排気の混合比を変更させることで、触媒における三元触媒機能の低下を抑制し、アンモニアの排出を抑制できる。 (3) In the exhaust emission control device of the above aspect, the control unit further controls the exhaust gas mixture ratio on the upstream side of the catalyst so that the exhaust gas mixture ratio on the downstream side of the catalyst is maintained at a stoichiometric amount. You may change it. According to this configuration, the control unit changes the exhaust gas mixture ratio on the upstream side of the catalyst so as to maintain the exhaust gas mixture ratio on the downstream side of the catalyst in a stoichiometric manner, thereby lowering the three-way catalytic function of the catalyst. And the emission of ammonia can be suppressed.
（４）上記形態の排気浄化装置では、さらに、前記触媒の温度を取得する温度取得部を備え、前記制御部は、前記温度取得部により取得された前記触媒の温度が前記触媒の活性化温度を超えた場合に、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を量論から希薄へと変更させてもよい。この構成によれば、制御部は、触媒の温度が活性化温度を超えた場合は、触媒によるアンモニアの酸化が可能になったとみなして、触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄へと変更させることで、増加した排気中の酸素によって触媒に吸着されているアンモニアを酸化し除去することができる。 (4) In the exhaust emission control device of the above aspect, a temperature acquisition unit that acquires the temperature of the catalyst is further provided, and the control unit is such that the temperature of the catalyst acquired by the temperature acquisition unit is the activation temperature of the catalyst. When it exceeds, the mixture ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst may be changed from stoichiometric to lean. According to this configuration, when the temperature of the catalyst exceeds the activation temperature, the control unit considers that the oxidation of ammonia by the catalyst has become possible, and the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst is diluted from the stoichiometry. By changing to, the ammonia adsorbed on the catalyst can be oxidized and removed by the increased oxygen in the exhaust gas.
（５）上記形態の排気浄化装置において、前記制御部は、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を希薄へと変更させた後、一定時間の経過後に前記前記触媒の上流側における前記排気の混合比を量論へと変更させてもよい。この構成によれば、制御部は、触媒の上流側における排気の混合比を希薄へと変更させて触媒によるアンモニアの酸化反応を進めた後、一定時間の経過後に混合比を量論へと変更させることで、触媒によるアンモニアの酸化反応及び窒素酸化物の還元反応を継続することができる。 (5) In the exhaust emission control device of the above aspect, the control unit changes the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst to lean, and then the exhaust gas on the upstream side of the catalyst after a lapse of a fixed time. The mixing ratio of may be changed to stoichiometry. According to this configuration, the control unit changes the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst to lean and advances the oxidation reaction of ammonia by the catalyst, and then changes the mixing ratio to stoichiometric after a certain period of time. By doing so, the oxidation reaction of ammonia and the reduction reaction of nitrogen oxides by the catalyst can be continued.
（６）上記形態の排気浄化装置では、さらに、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を取得する第２混合比取得部を備え、前記制御部は、さらに、前記温度取得部により取得された前記触媒の温度と、前記第２混合比取得部により取得された前記排気の混合比と、を用いて、前記触媒に吸着されているアンモニアの量を推定し、前記一定時間を、前記触媒において前記推定した量のアンモニアが酸化されるまでの時間としてもよい。この構成によれば、制御部は、触媒の温度と排気の混合比とを用いて触媒に吸着されているアンモニアの量を推定することができる。また、制御部は、触媒の上流側における排気の混合比を希薄に維持させる一定時間を、推定した量のアンモニアが酸化されるまでの間とすることで、触媒に吸着されているアンモニアの除去を完了させることができる。 (6) The exhaust emission control device of the above aspect further includes a second mixture ratio acquisition unit that acquires a mixture ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst, and the control unit is further acquired by the temperature acquisition unit. Using the temperature of the catalyst and the mixture ratio of the exhaust gas acquired by the second mixture ratio acquisition unit, the amount of ammonia adsorbed on the catalyst is estimated, and the fixed time is set to the catalyst In the above, it may be the time until the estimated amount of ammonia is oxidized. According to this configuration, the control unit can estimate the amount of ammonia adsorbed on the catalyst by using the temperature of the catalyst and the mixing ratio of the exhaust gas. In addition, the control unit removes the ammonia adsorbed on the catalyst by setting the fixed time for keeping the mixture ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst to be lean until the estimated amount of ammonia is oxidized. Can be completed.
（７）上記形態の排気浄化装置において、前記触媒は、さらに酸素吸蔵機能を有していてもよい。この構成によれば、触媒はさらに酸素吸蔵機能を有するため、アンモニアの酸化反応を促進することができる。 (7) In the exhaust emission control device of the above aspect, the catalyst may further have an oxygen storage function. According to this structure, the catalyst further has an oxygen storage function, so that the oxidation reaction of ammonia can be promoted.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気浄化装置、内燃機関と排気浄化装置とを含むシステム、これら装置及びシステムの制御方法、これら装置及びシステムにおいて実行されるコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。 The present invention can be implemented in various modes, for example, an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that obtains a driving force by combustion of ammonia, a system including the internal combustion engine and the exhaust gas purification device, and these devices and systems. Can be implemented in the form of a control method, a computer program executed in these devices and systems, a server device for distributing the computer program, a non-transitory storage medium storing the computer program, and the like.
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態としてのエンジンシステム１の概略図である。エンジンシステム１は、例えば車両に搭載されて、車両を駆動させるための駆動力を生み出す。エンジンシステム１は、駆動力を生み出す燃焼装置２０と、燃焼装置２０からの排気中における有害物質、例えば、アンモニア（ＮＨ3）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等を浄化する排気浄化装置１０とを備える。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram of an engine system 1 as one embodiment of the present invention. The engine system 1 is mounted on, for example, a vehicle and produces a driving force for driving the vehicle. The engine system 1 includes a combustion device 20 that generates a driving force, and an exhaust gas purification device 10 that purifies harmful substances in the exhaust gas from the combustion device 20, such as ammonia (NH 3 ) and nitrogen oxides (NOx). ..
燃焼装置２０は、燃焼状態制御部２１と、内燃機関２２とを備える。内燃機関２２は、アンモニアガスを燃焼させて駆動力を得るアンモニアエンジンである。以降、アンモニアガスを単に「アンモニア」と呼ぶ。燃焼状態制御部２１は、スロットル（図示省略）を調整して内燃機関２２への空気流量を変更すると共に、燃料供給弁（図示省略）を調整して内燃機関２２への燃料供給量を変更する。これにより、燃焼状態制御部２１は、内燃機関２２内、及び、内燃機関２２から排出される排気中の空気と燃料の質量比（混合比）を、過濃、量論、希薄の各状態へと制御する。混合比について、「Φ＝理論空燃比／実際の混合気の空燃比」としたとき、過濃状態はΦ＞１となる混合比を意味し、量論状態はΦ＝１となる混合比を意味し、希薄状態はΦ＜１となる混合比を意味する。Φは「当量比」とも呼ばれる。燃焼状態制御部２１は、例えば、電子制御ユニット（ＥＣＵ、Electronic Control Unit）により実装される。 The combustion device 20 includes a combustion state control unit 21 and an internal combustion engine 22. The internal combustion engine 22 is an ammonia engine that burns ammonia gas to obtain a driving force. Hereinafter, the ammonia gas is simply referred to as "ammonia". The combustion state control unit 21 adjusts a throttle (not shown) to change the air flow rate to the internal combustion engine 22, and adjusts a fuel supply valve (not shown) to change the fuel supply amount to the internal combustion engine 22. .. As a result, the combustion state control unit 21 changes the mass ratio (mixing ratio) of air and fuel in the internal combustion engine 22 and the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 22 to each of the rich, stoichiometric, and lean states. And control. Regarding the mixture ratio, when Φ=theoretical air-fuel ratio/actual air-fuel ratio of the air-fuel mixture, the enriched state means the mixture ratio where Φ>1, and the stoichiometric state means the mixture ratio where Φ=1. Meaning, the lean state means a mixing ratio such that Φ<1. Φ is also called the “equivalence ratio”. The combustion state control unit 21 is mounted by, for example, an electronic control unit (ECU).
本実施形態の排気浄化装置１０は、三元触媒機能及びアンモニア吸着機能を有する触媒１２を用いて、排気中の有害物質を浄化する。排気浄化装置１０は、排気浄化装置１０の各部を制御する制御部１１と、内燃機関２２から伸びる排気管１９と、排気管１９上に設けられた触媒１２と、混合比取得部１４とを備える。以下の説明では、排気浄化装置１０のうち、内燃機関２２に近い側を「上流側」と呼び、内燃機関２２に遠い側を「下流側」と呼ぶ。図１の場合、左側が上流側に相当し、右側が下流側に相当する。 The exhaust emission control device 10 of the present embodiment uses a catalyst 12 having a three-way catalyst function and an ammonia adsorption function to purify harmful substances in exhaust gas. The exhaust gas purification device 10 includes a control unit 11 that controls each unit of the exhaust gas purification device 10, an exhaust pipe 19 extending from the internal combustion engine 22, a catalyst 12 provided on the exhaust pipe 19, and a mixing ratio acquisition unit 14. .. In the following description, the side of the exhaust emission control device 10 that is close to the internal combustion engine 22 is called the “upstream side”, and the side that is far from the internal combustion engine 22 is called the “downstream side”. In the case of FIG. 1, the left side corresponds to the upstream side, and the right side corresponds to the downstream side.
制御部１１は、混合比取得部１４から取得された取得値を表す信号を受信する。制御部１１は、受信した取得値を用いて後述する制御（図３）を実行し、内燃機関２２の混合比を切り替えることによって、触媒１２の上流側における排気の混合比を切り替える。制御部１１は、例えば、ＥＣＵにより実装される。排気管１９は、内燃機関２２からの排気が流通する主流路を形成する。内燃機関２２からの排気は、排気管１９内の主流路を通って、触媒１２を通過して外気に放出される。 The control unit 11 receives the signal representing the acquired value acquired from the mixing ratio acquisition unit 14. The control unit 11 executes control (FIG. 3) described later using the received acquired value and switches the mixing ratio of the internal combustion engine 22 to switch the mixing ratio of exhaust gas on the upstream side of the catalyst 12. The control unit 11 is implemented by, for example, an ECU. The exhaust pipe 19 forms a main flow path through which exhaust gas from the internal combustion engine 22 flows. Exhaust gas from the internal combustion engine 22 passes through the main passage in the exhaust pipe 19, passes through the catalyst 12, and is discharged to the outside air.
触媒１２は、三元触媒機能と、アンモニア吸着機能とを有している。三元触媒機能は、セラミックスや酸化チタン等を担体とした触媒１２に、例えば、白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属を活性触媒成分として担持させることにより実現できる。なお、三元触媒機能を実現させる活性触媒成分は、被毒劣化耐性と熱劣化耐性を有する限りにおいて、貴金属には限定されない。三元触媒機能は、排気中のアンモニア、ＮＯｘ、水素（Ｈ2）を酸化還元反応によって浄化することができる。 The catalyst 12 has a three-way catalyst function and an ammonia adsorption function. The three-way catalytic function can be realized by supporting a noble metal such as platinum, rhodium or palladium as an active catalyst component on the catalyst 12 having ceramics or titanium oxide as a carrier. The active catalyst component that realizes the three-way catalytic function is not limited to the noble metal as long as it has poisoning deterioration resistance and heat deterioration resistance. The three-way catalytic function can purify ammonia, NOx, and hydrogen (H 2 ) in the exhaust gas by a redox reaction.
図２は、ゼオライトのアンモニア吸着特性を表す図である。図２の縦軸は、触媒１２（ゼオライト）の下流側におけるアンモニア濃度を表し、横軸は、触媒１２（ゼオライト）へのアンモニア流入量を表す。触媒１２のアンモニア吸着機能は、触媒１２に、例えば、種々のゼオライト、活性炭等を活性触媒成分として担持させることにより実現できる。図２に示すように、アンモニアの流入量が所定値を超えるまでの範囲Ｌ１において、触媒１２は、供給されたアンモニアの全量を吸着することができる。一方で、アンモニアの流入量が所定値を超えた後の範囲Ｌ２では、触媒１２に吸着されるアンモニアの量は徐々に減少する。本実施形態の触媒１２には、内燃機関２２の始動後、触媒１２の温度が約２００℃に到達するまでの間に排出されるアンモニアの全量を吸着することが可能な量のゼオライトを担持させている。なお、ゼオライトにおけるアンモニアの飽和吸着量は、温度が上昇するにつれて減少するという特性がある。 FIG. 2 is a diagram showing the ammonia adsorption property of zeolite. The vertical axis of FIG. 2 represents the ammonia concentration on the downstream side of the catalyst 12 (zeolite), and the horizontal axis represents the amount of ammonia flowing into the catalyst 12 (zeolite). The ammonia adsorption function of the catalyst 12 can be realized by allowing the catalyst 12 to carry various zeolites, activated carbon, etc. as active catalyst components. As shown in FIG. 2, in the range L1 until the amount of inflow of ammonia exceeds a predetermined value, the catalyst 12 can adsorb the entire amount of supplied ammonia. On the other hand, in the range L2 after the inflow amount of ammonia exceeds the predetermined value, the amount of ammonia adsorbed on the catalyst 12 gradually decreases. The catalyst 12 of the present embodiment is loaded with an amount of zeolite capable of adsorbing all the amount of ammonia discharged after the internal combustion engine 22 is started and before the temperature of the catalyst 12 reaches about 200°C. ing. Note that the saturated adsorption amount of ammonia in zeolite has a characteristic that it decreases as the temperature rises.
図１に戻り説明を続ける。本実施形態の触媒１２はさらに、反応促進機能として、酸素吸蔵機能（ＯＳＣ、Oxygen Storage capacity）を有している。酸素吸蔵機能は、触媒１２に、例えば、酸化セリウム、酸化ジルコニウム等の希土類金属酸化物を助触媒成分として担持させることにより実現できる。触媒１２が酸素吸蔵機能を有することで、触媒１２の三元触媒機能による反応を促進することができる。なお、触媒１２の酸素吸蔵機能は省略してもよい。 Returning to FIG. 1, the description will be continued. The catalyst 12 of the present embodiment further has an oxygen storage function (OSC, Oxygen Storage capacity) as a reaction promoting function. The oxygen storage function can be realized by allowing the catalyst 12 to carry a rare earth metal oxide such as cerium oxide or zirconium oxide as a promoter component. Since the catalyst 12 has an oxygen storage function, the reaction of the catalyst 12 due to the three-way catalytic function can be promoted. The oxygen storage function of the catalyst 12 may be omitted.
混合比取得部１４は、触媒１２より下流側における内燃機関２２からの排気（排出ガス）の酸素（Ｏ2）濃度（すなわち混合比）を取得する。混合比取得部１４は、例えば、排気管１９に設けられた酸素センサやアンモニアセンサによって測定された測定信号を取得することで実現できる。混合比取得部１４は「混合比取得部」に相当する。 The mixing ratio acquisition unit 14 acquires the oxygen (O 2 ) concentration (that is, the mixing ratio) of the exhaust gas (exhaust gas) from the internal combustion engine 22 on the downstream side of the catalyst 12. The mixing ratio acquisition unit 14 can be realized by, for example, acquiring a measurement signal measured by an oxygen sensor or an ammonia sensor provided in the exhaust pipe 19. The mixing ratio acquisition unit 14 corresponds to the “mixing ratio acquisition unit”.
図３は、制御部１１における制御手順の一例を示すフローチャートである。図３の制御は、排気浄化装置１０の状態を監視すると共に、触媒１２に吸着されたアンモニアを除去するための制御である。 FIG. 3 is a flowchart showing an example of a control procedure in the control unit 11. The control of FIG. 3 is control for monitoring the state of the exhaust emission control device 10 and removing ammonia adsorbed on the catalyst 12.
ステップＳ１において制御部１１は、開始条件が成立したか否かを判定する。開始条件としては種々の条件を利用でき、例えば、内燃機関２２の始動を開始条件とできる。ステップＳ２において制御部１１は、混合比取得部１４によって取得された触媒１２より下流側の排気の混合比を取得する。 In step S1, the control unit 11 determines whether the start condition is satisfied. Various conditions can be used as the start condition, and for example, the start of the internal combustion engine 22 can be used as the start condition. In step S2, the control unit 11 acquires the exhaust gas mixture ratio downstream of the catalyst 12 acquired by the mixture ratio acquisition unit 14.
ステップＳ３において制御部１１は、取得した混合比によって処理を切り替える。具体的には、制御部１１は、混合比が量論近傍の一定範囲にある場合（ステップＳ３：量論）、処理をステップＳ５へ遷移させる。一定範囲は予め定められている。制御部１１は、混合比が量論近傍の一定範囲よりも過濃側にある場合（ステップＳ３：過濃）、処理をステップＳ４へ遷移させ、量論近傍の一定範囲よりも希薄側にある場合（ステップＳ３：希薄）、処理をステップＳ６へ遷移させる。 In step S3, the control unit 11 switches the processing according to the acquired mixing ratio. Specifically, when the mixing ratio is within a certain range near the stoichiometry (step S3: stoichiometry), the control unit 11 transitions the process to step S5. The fixed range is predetermined. When the mixing ratio is on the denser side than the fixed range near the stoichiometry (step S3: rich), the control unit 11 shifts the processing to step S4, and is on the lean side of the fixed range near the stoichiometry. In that case (step S3: diluted), the process proceeds to step S6.
ステップＳ４において制御部１１は、内燃機関２２の混合比を希薄へと変更させる。具体的には、制御部１１は、内燃機関２２の混合比を希薄へと変更する旨の指示信号を燃焼状態制御部２１へと送信する。指示信号を受信した燃焼状態制御部２１は、内燃機関２２に対する空気及び燃料供給量を変更することで、内燃機関２２の混合比を希薄へと変更する。これにより、触媒１２及の上流側における排気の混合比も希薄へと変更される。 In step S4, the control unit 11 changes the mixture ratio of the internal combustion engine 22 to lean. Specifically, the control unit 11 transmits to the combustion state control unit 21 an instruction signal to change the mixing ratio of the internal combustion engine 22 to lean. The combustion state control unit 21 that has received the instruction signal changes the mixture ratio of the internal combustion engine 22 to lean by changing the air and fuel supply amounts to the internal combustion engine 22. As a result, the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst 12 is also changed to lean.
ステップＳ５において制御部１１は、内燃機関２２の混合比を現状のまま維持させる。具体的には、制御部１１は、内燃機関２２の混合比を維持する旨の指示信号を燃焼状態制御部２１へ送信する、または、燃焼状態制御部２１へと指示信号を送信しない。これにより、触媒１２の上流側における排気の混合比も、現状のまま維持される。 In step S5, the control unit 11 maintains the mixture ratio of the internal combustion engine 22 as it is. Specifically, the control unit 11 transmits an instruction signal for maintaining the mixing ratio of the internal combustion engine 22 to the combustion state control unit 21, or does not transmit the instruction signal to the combustion state control unit 21. As a result, the mixing ratio of exhaust gas on the upstream side of the catalyst 12 is maintained as it is.
ステップＳ６において制御部１１は、内燃機関２２の混合比を過濃へと変更させる。具体的には、制御部１１は、内燃機関２２の混合比を過濃へと変更する旨の指示信号を燃焼状態制御部２１へと送信する。これにより、触媒１２及の上流側における排気の混合比も過濃へと変更される。 In step S6, the control unit 11 changes the mixture ratio of the internal combustion engine 22 to an excessive concentration. Specifically, the control unit 11 transmits to the combustion state control unit 21 an instruction signal to the effect that the mixing ratio of the internal combustion engine 22 is changed to an excessive concentration. As a result, the mixture ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst 12 is also changed to the rich concentration.
図４は、内燃機関２２の始動後における各部の変化について示す図である。図４（Ａ）は、触媒１２の入口、すなわち、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ１の経時的変化を表す。図４（Ｂ）は、触媒１２に吸着されたアンモニアの量ＡＡ１（アンモニア吸着量）の経時的変化を表す。図４（Ｃ）は、触媒１２の上流側における排気中のアンモニアの量ＣＡ１の経時的変化を表す。図４（Ｄ）は、触媒１２の温度Ｒｔ１の経時的変化を表す。 FIG. 4 is a diagram showing changes in each part after the internal combustion engine 22 is started. FIG. 4A shows the change over time in the exhaust gas mixture ratio MR1 at the inlet of the catalyst 12, that is, at the upstream side of the catalyst 12. FIG. 4B shows the change over time in the amount AA1 (ammonia adsorption amount) of ammonia adsorbed on the catalyst 12. FIG. 4C shows the change over time in the amount CA1 of ammonia in the exhaust gas on the upstream side of the catalyst 12. FIG. 4D shows the change over time in the temperature Rt1 of the catalyst 12.
図５は、触媒１２における反応の概要を示す図である。図５では、排気中の有害物質であるアンモニア、ＮＯｘに加えてさらに、有害物質以外の酸素、窒素（Ｎ2）、水（Ｈ2Ｏ）、水素等についても図示している。以降、図４及び図５を用いて、図３の制御を通じた各部の変化について説明する。 FIG. 5 is a diagram showing an outline of the reaction in the catalyst 12. In addition to ammonia and NOx which are harmful substances in the exhaust gas, FIG. 5 also shows oxygen, nitrogen (N 2 ), water (H 2 O), hydrogen and the like other than the harmful substances. Hereinafter, with reference to FIGS. 4 and 5, changes in each unit through the control in FIG. 3 will be described.
内燃機関２２が始動された時刻ｔ０から、触媒１２の温度Ｒｔ１が活性化温度Ｔｈ１を超える時刻ｔ２までの区間ｒ１（図３、ステップＳ１〜Ｓ３：量論）： Section r1 from time t0 when internal combustion engine 22 is started to time t2 when temperature Rt1 of catalyst 12 exceeds activation temperature Th1 (FIG. 3, steps S1 to S3: stoichiometry):
図４（Ｃ）に示すように、内燃機関２２が始動された時刻ｔ０から、始動直後の時刻ｔ１までの間は、内燃機関２２における未燃アンモニア量が多いことに起因して、触媒１２の上流側における排気中のアンモニアの量ＣＡ１が急増している。その後、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて、内燃機関２２における燃焼が安定することから、排気中のアンモニアの量ＣＡ１は徐々に減少する。なお、混合比ＭＲ１は、図４（Ａ）に示すように量論である。 As shown in FIG. 4(C), from the time t0 when the internal combustion engine 22 is started to the time t1 immediately after the start, the amount of unburned ammonia in the internal combustion engine 22 is large and the catalyst 12 The amount CA1 of ammonia in the exhaust gas on the upstream side is rapidly increasing. After that, from time t1 to time t2, the combustion in the internal combustion engine 22 stabilizes, and thus the amount CA1 of ammonia in the exhaust gradually decreases. The mixing ratio MR1 is stoichiometric as shown in FIG.
このとき、図４（Ｄ）に示すように、触媒１２の温度Ｒｔ１は、活性化温度Ｔｈ１未満である。ここで、活性化温度Ｔｈ１は、触媒１２が有する三元触媒機能によって、触媒１２での酸化還元反応が活発化する下限温度を意味する。このため、触媒１２によるアンモニアの酸化及びＮＯｘの還元が十分に進行せず、触媒１２に流入した排気中のアンモニアはほぼ全て、図５（Ａ）に示すように、触媒１２が有するアンモニア吸着機能によって触媒１２に吸着される。この結果、図４（Ｂ）に示すように、触媒１２におけるアンモニア吸着量ＡＡ１は徐々に増加していく。一方、触媒１２に流入した排気中のＮＯｘは、図５（Ａ）に示すように、触媒１２を通過し、排気浄化装置１０から排出される。 At this time, as shown in FIG. 4D, the temperature Rt1 of the catalyst 12 is lower than the activation temperature Th1. Here, the activation temperature Th1 means the lower limit temperature at which the redox reaction in the catalyst 12 is activated by the three-way catalytic function of the catalyst 12. For this reason, the oxidation of ammonia and the reduction of NOx by the catalyst 12 do not proceed sufficiently, and almost all the ammonia in the exhaust gas that has flowed into the catalyst 12 has an ammonia adsorption function that the catalyst 12 has, as shown in FIG. Are adsorbed on the catalyst 12. As a result, as shown in FIG. 4(B), the ammonia adsorption amount AA1 in the catalyst 12 gradually increases. On the other hand, NOx in the exhaust gas that has flowed into the catalyst 12 passes through the catalyst 12 and is discharged from the exhaust gas purification device 10, as shown in FIG.
このように、内燃機関の始動直後等、触媒１２が活性化温度Ｔｈ１に達する前の区間ｒ１においては、アンモニア吸着機能によって触媒１２に排気中のアンモニアを吸着させることで、アンモニアの排出を抑制できる（図５（Ａ））。 As described above, in the section r1 before the catalyst 12 reaches the activation temperature Th1 such as immediately after the start of the internal combustion engine, the ammonia in the exhaust gas is adsorbed to the catalyst 12 by the ammonia adsorbing function, so that the exhaust of the ammonia can be suppressed. (FIG. 5(A)).
触媒１２の温度Ｒｔ１が活性化温度Ｔｈ１を超える時刻ｔ２から、触媒１２の温度Ｒｔ１が脱離開始温度Ｔｈ２を超える時刻ｔ３までの区間ｒ２（図３、ステップＳ３：量論）： Section r2 from time t2 when temperature Rt1 of catalyst 12 exceeds activation temperature Th1 to time t3 when temperature Rt1 of catalyst 12 exceeds desorption start temperature Th2 (FIG. 3, step S3: stoichiometry):
図４（Ｃ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて、内燃機関２２における燃焼が安定しているため、触媒１２の上流側における排気中のアンモニアの量ＣＡ１はほぼ一定である。このとき、図４（Ｄ）に示すように、触媒１２の温度Ｒｔ１は、活性化温度Ｔｈ１以上である。このため、触媒１２が有する三元触媒機能によって、触媒１２におけるアンモニアの酸化反応とＮＯｘの還元反応とが進行し、触媒１２に流入した排気中のアンモニアとＮＯｘとは、図５（Ｂ）に示すように、触媒１２においてそれぞれ浄化され、排出されない。なお、触媒１２に流入した排気での酸化・還元反応が均衡していることから、触媒１２に吸着されているアンモニアが酸化される量は少ない。このため、触媒１２におけるアンモニア吸着量ＡＡ１は、図４（Ｂ）に示すようにほぼ変化しない。 As shown in FIG. 4C, since the combustion in the internal combustion engine 22 is stable from the time t2 to the time t3, the amount CA1 of ammonia in the exhaust gas on the upstream side of the catalyst 12 is substantially constant. At this time, as shown in FIG. 4(D), the temperature Rt1 of the catalyst 12 is equal to or higher than the activation temperature Th1. Therefore, due to the three-way catalytic function of the catalyst 12, the ammonia oxidation reaction and the NOx reduction reaction in the catalyst 12 proceed, and the ammonia and NOx in the exhaust gas flowing into the catalyst 12 are shown in FIG. As shown, each is purified in the catalyst 12 and is not discharged. Since the oxidation/reduction reaction in the exhaust gas flowing into the catalyst 12 is balanced, the amount of ammonia adsorbed on the catalyst 12 is small. Therefore, the ammonia adsorption amount AA1 in the catalyst 12 hardly changes as shown in FIG. 4(B).
また、図４（Ｄ）に示すように、触媒１２の温度Ｒｔ１は、触媒１２に吸着されているアンモニアの脱離が生じ始める脱離開始温度Ｔｈ２未満であるため、アンモニアの脱離は生じない。このため、混合比取得部１４により取得される混合比（触媒１２より下流側における排気の混合比）は、量論のままであり（図３、ステップＳ３：量論）、図３のステップＳ５により、混合比ＭＲ１は、図４（Ａ）に示す量論に維持される。 Further, as shown in FIG. 4(D), the temperature Rt1 of the catalyst 12 is lower than the desorption starting temperature Th2 at which desorption of ammonia adsorbed on the catalyst 12 begins to occur, so desorption of ammonia does not occur. .. Therefore, the mixing ratio (mixing ratio of exhaust gas downstream of the catalyst 12) acquired by the mixing ratio acquisition unit 14 remains stoichiometric (FIG. 3, step S3: stoichiometry), and step S5 of FIG. Thus, the mixing ratio MR1 is maintained in the stoichiometry shown in FIG.
このように、触媒１２の温度Ｒｔ１が活性化温度Ｔｈ１に達した後であって脱離開始温度Ｔｈ２を超えるまでの区間ｒ２においては、触媒１２の上流側における排気の混合比が量論であるため、触媒１２が有する三元触媒機能によって、触媒１２において、排気中のアンモニア及び／または吸着されているアンモニアを酸化反応させると共に、排気中のＮＯｘを還元反応させることができ、アンモニアの排出を抑制できる（図５（Ｂ））。 Thus, in the section r2 after the temperature Rt1 of the catalyst 12 reaches the activation temperature Th1 and before it exceeds the desorption start temperature Th2, the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst 12 is stoichiometric. Therefore, due to the three-way catalytic function of the catalyst 12, the catalyst 12 can oxidize ammonia in the exhaust gas and/or adsorbed ammonia and can reduce NOx in the exhaust gas to reduce the emission of ammonia. It can be suppressed (FIG. 5(B)).
触媒１２の温度Ｒｔ１が脱離開始温度Ｔｈ２を超える時刻ｔ３から、触媒１２の温度Ｒｔ１が脱離完了温度Ｔｈ３を超える時刻ｔ４までの区間ｒ３（図３、ステップＳ３：過濃）： Section r3 from time t3 at which the temperature Rt1 of the catalyst 12 exceeds the desorption start temperature Th2 to time t4 at which the temperature Rt1 of the catalyst 12 exceeds the desorption completion temperature Th3 (FIG. 3, step S3: excessive concentration):
図４（Ｃ）に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけても、内燃機関２２における燃焼が安定しているため、触媒１２の上流側における排気中のアンモニアの量ＣＡ１はほぼ一定である。このとき、図４（Ｄ）に示すように、触媒１２の温度Ｒｔ１は、触媒１２に吸着されているアンモニアの脱離が生じ始める脱離開始温度Ｔｈ２以上である。このため、図５（Ｃ）に示すように、触媒１２からは脱離したアンモニアが排出され、混合比取得部１４により取得される混合比（触媒１２より下流側における排気の混合比）は、過濃となる（図３、ステップＳ３：過濃）。このため、図３のステップＳ４によって、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ１は、図４（Ａ）に示す希薄へと変更される。 As shown in FIG. 4C, since the combustion in the internal combustion engine 22 is stable from time t3 to time t4, the amount CA1 of ammonia in the exhaust gas upstream of the catalyst 12 is substantially constant. At this time, as shown in FIG. 4D, the temperature Rt1 of the catalyst 12 is equal to or higher than the desorption start temperature Th2 at which desorption of ammonia adsorbed on the catalyst 12 starts to occur. Therefore, as shown in FIG. 5(C), the desorbed ammonia is discharged from the catalyst 12, and the mixing ratio acquired by the mixing ratio acquisition unit 14 (mixing ratio of exhaust gas on the downstream side of the catalyst 12) is The concentration becomes excessive (FIG. 3, step S3: excessive concentration). Therefore, in step S4 of FIG. 3, the exhaust gas mixture ratio MR1 on the upstream side of the catalyst 12 is changed to the lean ratio shown in FIG. 4(A).
触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ１が希薄へと変更されると、触媒１２には、酸素を多く含んだ排気が流れ込む。このため、触媒１２では、図５（Ｄ）に示すように、触媒１２に流入する排気中のアンモニアの酸化反応に加えてさらに、触媒１２に吸着されているアンモニアの酸化反応が盛んに進行する。同時に、排気中のＮＯｘの還元反応も進行する。このように、触媒１２での酸化作用でアンモニアが消費されることに伴い、図４（Ｂ）に示すように、触媒１２におけるアンモニア吸着量ＡＡ１は徐々に減少する。 When the exhaust gas mixture ratio MR1 on the upstream side of the catalyst 12 is changed to lean, exhaust gas containing a large amount of oxygen flows into the catalyst 12. Therefore, in the catalyst 12, as shown in FIG. 5D, in addition to the oxidation reaction of the ammonia in the exhaust gas flowing into the catalyst 12, the oxidation reaction of the ammonia adsorbed by the catalyst 12 further actively progresses. .. At the same time, the reduction reaction of NOx in the exhaust gas also proceeds. In this way, as the ammonia is consumed by the oxidizing action of the catalyst 12, the ammonia adsorption amount AA1 of the catalyst 12 gradually decreases as shown in FIG. 4(B).
このように、触媒１２の温度Ｒｔ１が脱離開始温度Ｔｈ２に達した後であって脱離完了温度Ｔｈ３を超えるまでの区間ｒ３においては、触媒１２からのアンモニアの脱離に応じて、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ１は、量論から希薄へと変更される。このため、増加した排気中の酸素によって、触媒１２に吸着されているアンモニアを酸化し除去することができる。 As described above, in the section r3 after the temperature Rt1 of the catalyst 12 reaches the desorption start temperature Th2 and before it exceeds the desorption completion temperature Th3, the catalyst 12 is desorbed according to the desorption of ammonia from the catalyst 12. The exhaust gas mixture ratio MR1 on the upstream side of is changed from stoichiometric to lean. Therefore, the increased oxygen in the exhaust gas can oxidize and remove the ammonia adsorbed on the catalyst 12.
触媒１２の温度Ｒｔ１が脱離完了温度Ｔｈ３を超える時刻ｔ４以降の区間ｒ４（図３、ステップＳ３：量論）： Section r4 after time t4 when the temperature Rt1 of the catalyst 12 exceeds the desorption completion temperature Th3 (FIG. 3, step S3: stoichiometry):
図４（Ｃ）に示すように、時刻ｔ４以降においても内燃機関２２における燃焼が安定しているため、触媒１２の上流側における排気中のアンモニアの量ＣＡ１はほぼ一定である。このとき、図４（Ｄ）に示すように、触媒１２の温度Ｒｔ１は、触媒１２に吸着されているアンモニアの脱離が完了する脱離完了温度Ｔｈ３以上であるため、触媒１２からはこれ以上アンモニアの脱離が生じない。このため、混合比取得部１４により取得される混合比（触媒１２より下流側における排気の混合比）は、量論または希薄となる（図３、ステップＳ３：量論または希薄）。 As shown in FIG. 4C, since the combustion in the internal combustion engine 22 is stable even after the time t4, the amount CA1 of ammonia in the exhaust gas on the upstream side of the catalyst 12 is substantially constant. At this time, as shown in FIG. 4D, the temperature Rt1 of the catalyst 12 is equal to or higher than the desorption completion temperature Th3 at which desorption of the ammonia adsorbed by the catalyst 12 is completed, and therefore, the temperature from the catalyst 12 is higher than this. Desorption of ammonia does not occur. Therefore, the mixing ratio (mixing ratio of exhaust gas on the downstream side of the catalyst 12) acquired by the mixing ratio acquisition unit 14 becomes stoichiometric or lean (FIG. 3, step S3: stoichiometric or lean).
触媒１２の下流側における排気の混合比が量論である場合（ステップＳ３：量論）、図３のステップＳ５により、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ１は、図４（Ａ）に示すように、量論に維持される。一方、触媒１２の下流側における排気の混合比が希薄である場合（ステップＳ３：希薄）、図３のステップＳ６により、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ１は一旦過濃へと変更され、その後、ステップＳ２以降のフィードバック処理を繰り返すことによって、触媒１２の下流側における排気の混合比は、量論に維持される。すると、触媒１２が有する三元触媒機能によって、触媒１２におけるアンモニアの酸化反応とＮＯｘの還元反応とが進行し、触媒１２に流入した排気中のアンモニアとＮＯｘとは、図５（Ｂ）に示すように、触媒１２においてそれぞれ浄化され、排出されない。なお、触媒１２におけるアンモニア吸着量ＡＡ１は、図４（Ｂ）に示すように増加しない。 When the exhaust gas mixture ratio on the downstream side of the catalyst 12 is stoichiometric (step S3: stoichiometry), the exhaust gas mixture ratio MR1 on the upstream side of the catalyst 12 is changed to that shown in FIG. As shown, it remains stoichiometric. On the other hand, when the exhaust gas mixture ratio on the downstream side of the catalyst 12 is lean (step S3: lean), the exhaust gas mixture ratio MR1 on the upstream side of the catalyst 12 is once changed to a rich concentration by step S6 of FIG. After that, by repeating the feedback processing from step S2 onward, the mixing ratio of the exhaust gas on the downstream side of the catalyst 12 is maintained at the stoichiometry. Then, due to the three-way catalytic function of the catalyst 12, the ammonia oxidation reaction and the NOx reduction reaction in the catalyst 12 proceed, and the ammonia and NOx in the exhaust gas flowing into the catalyst 12 are shown in FIG. 5(B). As such, each is purified in the catalyst 12 and is not discharged. The ammonia adsorption amount AA1 in the catalyst 12 does not increase as shown in FIG. 4(B).
このように、触媒１２の温度Ｒｔ１が脱離完了温度Ｔｈ３に達した後の区間ｒ４においては、触媒１２の下流側における排気の混合比を量論に維持するように触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ１を変更させることで、触媒１２における三元触媒機能の低下を抑制すると共に、アンモニアの排出を抑制できる（図５（Ｂ））。 As described above, in the section r4 after the temperature Rt1 of the catalyst 12 reaches the desorption completion temperature Th3, the exhaust gas on the upstream side of the catalyst 12 is maintained so as to maintain the mixing ratio of the exhaust gas on the downstream side of the catalyst 12 at the stoichiometry. By changing the mixing ratio MR1 of the above, it is possible to suppress the deterioration of the three-way catalytic function of the catalyst 12 and suppress the discharge of ammonia (FIG. 5(B)).
なお、内燃機関２２が停止され、触媒１２が例えば常温（活性化温度よりも低い温度）に戻った後、再び内燃機関２２が始動された後においても、触媒１２に蓄積されたアンモニアは除去されているため、図３〜図５で説明した処理を繰り返し実施できる。 The ammonia accumulated in the catalyst 12 is removed even after the internal combustion engine 22 is stopped and the catalyst 12 returns to room temperature (a temperature lower than the activation temperature), for example, and then the internal combustion engine 22 is restarted. Therefore, the processing described in FIGS. 3 to 5 can be repeatedly performed.
以上のように、第１実施形態の排気浄化装置１０では、内燃機関２２の始動直後から停止までの終始に亘って、排気浄化装置１０からのアンモニアの排出を抑制できる。また、制御部１１は、触媒１２からのアンモニアの脱離に応じて、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ１を希薄へと変更することで、触媒１２に吸着されているアンモニアを除去することができるため、図５に示す繰り返し動作を実現できる。さらに、第１実施形態の排気浄化装置１０によれば、三元触媒機能及びアンモニア吸着機能を有する触媒１２によって、排気浄化装置１０の構成を簡易化すると共に、排気浄化装置１０を小型化できる。 As described above, in the exhaust emission control device 10 of the first embodiment, the exhaust emission of ammonia from the exhaust emission control device 10 can be suppressed over the entire period from immediately after the internal combustion engine 22 is started to when it is stopped. In addition, the control unit 11 removes the ammonia adsorbed on the catalyst 12 by changing the exhaust gas mixture ratio MR1 on the upstream side of the catalyst 12 to lean according to the desorption of ammonia from the catalyst 12. Therefore, the repetitive operation shown in FIG. 5 can be realized. Further, according to the exhaust gas purification device 10 of the first embodiment, the catalyst 12 having the three-way catalyst function and the ammonia adsorption function can simplify the configuration of the exhaust gas purification device 10 and downsize the exhaust gas purification device 10.
また、第１実施形態の排気浄化装置１０において、制御部１１は、混合比取得部１４により取得された排気の混合比（触媒１２の下流側における排気の混合比）が過濃である場合は、図５（Ｃ）で説明したように、触媒１２に吸着されているアンモニアの脱離が発生したとみなして、触媒１２の上流側における排気の混合比を量論から希薄へと変更させる（図３、ステップＳ４）。これにより、排気浄化装置１０では、増加した排気中の酸素によって、触媒１２に吸着されているアンモニアを酸化し除去することができる（図５（Ｄ））。 Further, in the exhaust emission control device 10 of the first embodiment, the control unit 11 determines that the exhaust gas mixture ratio acquired by the mixture ratio acquisition unit 14 (the exhaust gas mixture ratio on the downstream side of the catalyst 12) is excessive. As described with reference to FIG. 5C, assuming that desorption of ammonia adsorbed on the catalyst 12 has occurred, the exhaust gas mixture ratio on the upstream side of the catalyst 12 is changed from stoichiometric to lean ( FIG. 3, step S4). As a result, in the exhaust emission control device 10, the ammonia adsorbed on the catalyst 12 can be oxidized and removed by the increased oxygen in the exhaust gas (FIG. 5(D)).
＜第２実施形態＞
第２実施形態では、第１実施形態と同じ触媒１２（三元触媒機能及びアンモニア吸着機能を有する触媒）を用いて、第１実施形態とは異なる制御で、触媒１２に吸着されているアンモニアを酸化し除去する構成について説明する。以降では、第１実施形態と異なる構成及び動作を有する部分について説明する。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, the same catalyst 12 (catalyst having a three-way catalyst function and an ammonia adsorption function) as in the first embodiment is used, and the ammonia adsorbed on the catalyst 12 is controlled by a control different from that in the first embodiment. The structure of oxidizing and removing will be described. Hereinafter, a part having a configuration and an operation different from those of the first embodiment will be described.
図６は、第２実施形態のエンジンシステム１ａの概略図である。エンジンシステム１ａの排気浄化装置１０ａは、混合比取得部１４に代えて、第２混合比取得部１５と温度取得部１６とを備える。第２混合比取得部１５は、触媒１２より上流側における内燃機関２２からの排気の酸素濃度（混合比）を取得する。第２混合比取得部１５は、例えば、排気管１９に設けられた酸素センサやアンモニアセンサによって測定された測定信号を取得することで実現できる。第２混合比取得部１５は「第２混合比取得部」に相当する。温度取得部１６は、触媒１２の温度を測定するセンサであり、本実施形態では、触媒１２の触媒内の温度（いわゆる床温）を測定する。なお、温度取得部１６は、触媒１２の床温に代えて触媒１２の出入口近傍における温度を測定してもよい。温度取得部１６は「温度取得部」に相当する。 FIG. 6 is a schematic diagram of the engine system 1a of the second embodiment. The exhaust emission control device 10a of the engine system 1a includes a second mixture ratio acquisition unit 15 and a temperature acquisition unit 16 instead of the mixture ratio acquisition unit 14. The second mixing ratio acquisition unit 15 acquires the oxygen concentration (mixing ratio) of the exhaust gas from the internal combustion engine 22 on the upstream side of the catalyst 12. The second mixture ratio acquisition unit 15 can be realized by, for example, acquiring a measurement signal measured by an oxygen sensor or an ammonia sensor provided in the exhaust pipe 19. The second mixture ratio acquisition unit 15 corresponds to the “second mixture ratio acquisition unit”. The temperature acquisition unit 16 is a sensor that measures the temperature of the catalyst 12, and in the present embodiment, measures the temperature inside the catalyst of the catalyst 12 (so-called bed temperature). The temperature acquisition unit 16 may measure the temperature in the vicinity of the inlet/outlet of the catalyst 12 instead of the bed temperature of the catalyst 12. The temperature acquisition unit 16 corresponds to the “temperature acquisition unit”.
排気浄化装置１０ａはさらに、制御部１１に代えて制御部１１ａを備える。制御部１１ａは、第２混合比取得部１５及び温度取得部１６から取得された各取得値を表す信号を受信する。制御部１１ａは、受信した各取得値を用いて後述する制御（図７）を実行し、内燃機関２２の混合比を切り替えることによって、触媒１２の上流側における排気の混合比を切り替える。 The exhaust emission control device 10a further includes a control unit 11a instead of the control unit 11. The control unit 11a receives a signal representing each acquired value acquired from the second mixture ratio acquisition unit 15 and the temperature acquisition unit 16. The control unit 11a executes the control (FIG. 7) described below using the received acquired values and switches the mixture ratio of the internal combustion engine 22 to switch the exhaust gas mixture ratio on the upstream side of the catalyst 12.
図７は、第２実施形態の制御部１１ａにおける制御手順の一例を示すフローチャートである。図７の制御は、排気浄化装置１０ａの状態を監視すると共に、触媒１２に吸着されたアンモニアを除去するための制御である。 FIG. 7 is a flowchart showing an example of a control procedure in the control unit 11a of the second embodiment. The control of FIG. 7 is a control for monitoring the state of the exhaust emission control device 10a and removing the ammonia adsorbed on the catalyst 12.
ステップＳ１１において制御部１１ａは、開始条件が成立したか否かを判定する。開始条件としては種々の条件を利用でき、例えば、以下の条件ａ１，ａ２のうち少なくとも１つ以上を利用できる。以降の説明では、条件ａ１を採用する場合を例示して説明する。 In step S11, the control unit 11a determines whether or not the start condition is satisfied. Various conditions can be used as the start condition, and for example, at least one or more of the following conditions a1 and a2 can be used. In the following description, the case where the condition a1 is adopted will be described as an example.
（ａ１）内燃機関２２が始動した場合：制御部１１ａは、内燃機関２２の始動を検出した場合、開始条件が成立したと判定する。本条件は、内燃機関２２の始動直後において触媒１２に吸着されたアンモニアを除去したい場合に有用である。
（ａ２）前回の制御から一定時間が経過した場合：制御部１１ａは、例えば、前回ステップＳ１６を実行してから任意に定めた一定時間が経過した場合、開始条件が成立したと判定する。本条件は、触媒１２に吸着されたアンモニアを定期的に除去したい場合に有用である。
(A1) When the internal combustion engine 22 is started: When the control unit 11a detects the start of the internal combustion engine 22, it is determined that the start condition is satisfied. This condition is useful when it is desired to remove the ammonia adsorbed on the catalyst 12 immediately after the internal combustion engine 22 is started.
(A2) When a certain period of time has passed since the previous control: For example, the control unit 11a determines that the start condition is satisfied when a certain period of time that has been arbitrarily determined has elapsed since the previous step S16 was executed. This condition is useful when it is desired to regularly remove the ammonia adsorbed on the catalyst 12.
ステップＳ１１の開始条件が成立していない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、制御部１１ａは、処理をステップＳ１１へ遷移させ、開始条件の成立を監視する。一方、開始条件が成立した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）制御部１１ａは、処理をステップＳ１２へ遷移させる。 When the start condition of step S11 is not satisfied (step S11: NO), the control unit 11a transitions the process to step S11 and monitors whether the start condition is satisfied. On the other hand, when the start condition is satisfied (step S11: YES), the control unit 11a causes the process to transition to step S12.
ステップＳ１２において制御部１１ａは、温度取得部１６から触媒１２の温度を取得する。ステップＳ１３において制御部１１ａは、取得した触媒１２の温度が、触媒１２の活性化温度を超えたか否かを判定する。触媒１２の温度が活性化温度を超えていない場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、制御部１１ａは、処理をステップＳ１２へ遷移させ、ＳＣＲ触媒１３の温度を監視する。一方、ＳＣＲ触媒１３の温度が活性化温度を超えた場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、制御部１１ａは、処理をステップＳ１４へ遷移させる。 In step S12, the control unit 11a acquires the temperature of the catalyst 12 from the temperature acquisition unit 16. In step S13, the control unit 11a determines whether the acquired temperature of the catalyst 12 has exceeded the activation temperature of the catalyst 12. When the temperature of the catalyst 12 does not exceed the activation temperature (step S13: NO), the control unit 11a transitions the process to step S12 and monitors the temperature of the SCR catalyst 13. On the other hand, when the temperature of the SCR catalyst 13 exceeds the activation temperature (step S13: YES), the controller 11a causes the process to transition to step S14.
ステップＳ１４において制御部１１ａは、内燃機関２２の混合比を量論から希薄へと変更させる。具体的には、制御部１１ａは、内燃機関２２の混合比を希薄へと変更する旨の指示信号を燃焼状態制御部２１へと送信する。指示信号を受信した燃焼状態制御部２１は、内燃機関２２に対する空気及び燃料供給量を変更することで、内燃機関２２の混合比を量論から希薄へと変更する。これにより、触媒１２の上流側における排気の混合比も、量論から希薄へと変更される。 In step S14, the control unit 11a changes the mixing ratio of the internal combustion engine 22 from stoichiometric to lean. Specifically, the control unit 11a transmits to the combustion state control unit 21 an instruction signal to change the mixture ratio of the internal combustion engine 22 to lean. The combustion state control unit 21, which has received the instruction signal, changes the mixture ratio of the internal combustion engine 22 from stoichiometric to lean by changing the air and fuel supply amounts to the internal combustion engine 22. As a result, the exhaust gas mixture ratio on the upstream side of the catalyst 12 is also changed from stoichiometric to lean.
ステップＳ１５において制御部１１ａは、終了条件が成立したか否かを判定する。終了条件としては種々の条件を利用でき、例えば、以下の条件ｂ１、ｂ１−１のいずれかを利用できる。以降の説明では、条件ｂ１−１を採用する場合を例示して説明する。 In step S15, the control unit 11a determines whether the ending condition is satisfied. Various conditions can be used as the end condition, and for example, any of the following conditions b1 and b1-1 can be used. In the following description, the case where the condition b1-1 is adopted will be described as an example.
（ｂ１）混合気を希薄としてから一定時間が経過した場合：制御部１１ａは、ステップＳ１４において内燃機関２２の混合気を希薄とさせてから一定時間が経過した場合、終了条件が成立したと判定する。この一定時間は任意に定めることができ、例えば、触媒１２において吸着可能なアンモニアの全量がＮＯｘの還元作用で消費されるまでの時間とできる。
（ｂ１−１）触媒１２に吸着されたアンモニアの除去が完了した場合：制御部１１ａは、条件ｂ１の「一定時間」を次のようにして求めることで、終了条件を、触媒１２に吸着されたアンモニアの除去が完了した場合としてもよい。制御部１１ａは、まず、温度取得部１６により取得された触媒１２の温度と、第２混合比取得部１５により取得された排気の混合比とから、予め実験等により求めた算出式やマップ等を用いて、触媒１２に吸着されているアンモニアの量を推定する。制御部１１ａは、推定した量のアンモニアがＮＯｘの還元作用で消費されるまでの時間（消費時間）を求め、求めた消費時間を「一定時間」とする。
(B1) When a certain period of time has passed after leaning the air-fuel mixture: The control unit 11a determines that the ending condition is satisfied when a certain amount of time has passed after leaning the air-fuel mixture of the internal combustion engine 22 in step S14. To do. This fixed period of time can be set arbitrarily, and can be, for example, a period of time until the entire amount of ammonia that can be adsorbed by the catalyst 12 is consumed by the NOx reducing action.
(B1-1) When the removal of the ammonia adsorbed on the catalyst 12 is completed: The control unit 11a determines the "constant time" of the condition b1 as follows, and the end condition is adsorbed on the catalyst 12: Alternatively, the removal of ammonia may be completed. The control unit 11a first calculates a formula, a map, or the like, which is obtained in advance by experiments or the like from the temperature of the catalyst 12 acquired by the temperature acquisition unit 16 and the exhaust gas mixture ratio acquired by the second mixture ratio acquisition unit 15. Is used to estimate the amount of ammonia adsorbed on the catalyst 12. The control unit 11a obtains the time (consumption time) until the estimated amount of ammonia is consumed by the reducing action of NOx, and sets the obtained consumption time as a "constant time".
ステップＳ１５の終了条件が成立していない場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、制御部１１ａは、処理をステップＳ１５へ遷移させ、終了条件の成立を監視する。この間、触媒１２の上流側における排気の混合比は希薄のまま維持される。一方、終了条件が成立した場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、制御部１１ａは、処理をステップＳ１６へ遷移させる。 When the ending condition of step S15 is not satisfied (step S15: NO), the control unit 11a causes the process to transition to step S15 and monitors whether the ending condition is satisfied. During this period, the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst 12 is kept lean. On the other hand, when the end condition is satisfied (step S15: YES), the control unit 11a causes the process to transition to step S16.
ステップＳ１６において制御部１１ａは、内燃機関２２の混合比を希薄から量論へと変更させる。具体的には、制御部１１ａは、内燃機関２２の混合比を量論へと変更する旨の指示信号を燃焼状態制御部２１へと送信する。指示信号を受信した燃焼状態制御部２１は、内燃機関２２に対する空気及び燃料供給量を変更することで、内燃機関２２の混合比を希薄から量論へと変更する。これにより、触媒１２の上流側における排気の混合比も、希薄から量論へと変更される。ステップＳ１６の終了後、制御部１１ａは、処理をステップＳ１１へと遷移させ、再び開始条件が成立するまで待機する。この結果、再び開始条件が成立するまでの間は、触媒１２の上流側における排気の混合比は量論のまま維持される。 In step S16, the control unit 11a changes the mixture ratio of the internal combustion engine 22 from lean to stoichiometric. Specifically, the control unit 11a transmits to the combustion state control unit 21 an instruction signal to change the mixing ratio of the internal combustion engine 22 to stoichiometry. Upon receiving the instruction signal, the combustion state control unit 21 changes the mixture ratio of the internal combustion engine 22 from lean to stoichiometric by changing the air and fuel supply amounts to the internal combustion engine 22. As a result, the exhaust gas mixture ratio on the upstream side of the catalyst 12 is also changed from lean to stoichiometric. After the end of step S16, the control unit 11a transitions the process to step S11 and waits until the start condition is satisfied again. As a result, the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst 12 is maintained at the stoichiometry until the start condition is satisfied again.
図８は、内燃機関２２の始動後における各部の変化について示す図である。図９は、触媒１２における反応の概要を示す図である。図８（Ａ）は、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ２の経時的変化を、図８（Ｂ）は、触媒１２におけるアンモニア吸着量ＡＡ２の経時的変化を、図８（Ｃ）は、触媒１２の上流側における排気中のアンモニアの量ＣＡ２の経時的変化を、図８（Ｄ）は、触媒１２の温度Ｒｔ２の経時的変化を、それぞれ表す。以降、図８及び図９を用いて、図７の制御を通じた各部の変化について説明する。 FIG. 8 is a diagram showing changes in each part after the internal combustion engine 22 is started. FIG. 9 is a diagram showing an outline of the reaction in the catalyst 12. 8(A) shows a change with time of the exhaust gas mixture ratio MR2 on the upstream side of the catalyst 12, FIG. 8(B) shows a change with time of the ammonia adsorption amount AA2 of the catalyst 12, and FIG. FIG. 8D shows the change over time of the amount CA2 of ammonia in the exhaust gas on the upstream side of the catalyst 12, and FIG. 8D shows the change over time of the temperature Rt2 of the catalyst 12. Hereinafter, changes in each unit through the control in FIG. 7 will be described with reference to FIGS. 8 and 9.
内燃機関２２が始動された時刻ｔ０から、触媒１２の温度Ｒｔ２が活性化温度Ｔｈ１を超える時刻ｔ２までの区間ｒ１（図７、ステップＳ１１〜Ｓ１３：ＮＯ）：第１実施形態の区間ｒ１と同じである。 Section r1 from the time t0 when the internal combustion engine 22 is started to the time t2 when the temperature Rt2 of the catalyst 12 exceeds the activation temperature Th1 (FIG. 7, steps S11 to S13: NO): same as the section r1 of the first embodiment. Is.
触媒１２の温度Ｒｔ２が活性化温度Ｔｈ１を超える時刻ｔ２から、触媒１２の温度Ｒｔ２が脱離開始温度Ｔｈ２を超える時刻ｔ４までの区間ｒ２（図７、ステップＳ１３：ＹＥＳ）： Section r2 from time t2 at which temperature Rt2 of catalyst 12 exceeds activation temperature Th1 to time t4 at which temperature Rt2 of catalyst 12 exceeds desorption start temperature Th2 (FIG. 7, step S13: YES):
図８（Ｃ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて、内燃機関２２における燃焼が安定しているため、触媒１２の上流側における排気中のアンモニアの量ＣＡ２はほぼ一定である。このとき、図８（Ｄ）に示すように、触媒１２の温度Ｒｔ２が活性化温度Ｔｈ１以上となるため（図７、ステップＳ１３：ＹＥＳ）、図７のステップＳ１４によって、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ２は、量論から希薄へと変更される。 As shown in FIG. 8C, since the combustion in the internal combustion engine 22 is stable from the time t2 to the time t3, the amount CA2 of ammonia in the exhaust gas on the upstream side of the catalyst 12 is substantially constant. At this time, as shown in FIG. 8D, since the temperature Rt2 of the catalyst 12 becomes equal to or higher than the activation temperature Th1 (FIG. 7, step S13: YES), the upstream side of the catalyst 12 is determined by step S14 of FIG. The exhaust mixture ratio MR2 is changed from stoichiometric to lean.
ここで、実際に排気の混合比ＭＲ２が希薄へと遷移する前の時刻ｔ２から時刻ｔ３の間においては、図８（Ａ）に示すように、排気の混合比ＭＲ２は未だ量論である。このため、触媒１２が有する三元触媒機能によって、触媒１２におけるアンモニアの酸化反応とＮＯｘの還元反応とが進行し、触媒１２に流入した排気中のアンモニアとＮＯｘとは、図９（Ｂ）に示すように、触媒１２においてそれぞれ浄化され、排出されない。また、触媒１２に流入した排気での酸化・還元反応が均衡していることから、触媒１２に吸着されているアンモニアが酸化される量は少なく、触媒１２におけるアンモニア吸着量ＡＡ２は、図８（Ｂ）に示すようにほぼ変化しない。 Here, between the time t2 and the time t3 before the mixture ratio MR2 of the exhaust gas actually changes to lean, as shown in FIG. 8A, the mixture ratio MR2 of the exhaust gas is still stoichiometric. Therefore, due to the three-way catalytic function of the catalyst 12, the ammonia oxidation reaction and the NOx reduction reaction in the catalyst 12 proceed, and the ammonia and NOx in the exhaust gas flowing into the catalyst 12 are shown in FIG. As shown, each is purified in the catalyst 12 and is not discharged. Further, since the oxidation/reduction reaction in the exhaust gas flowing into the catalyst 12 is balanced, the amount of ammonia adsorbed on the catalyst 12 is small, and the ammonia adsorption amount AA2 in the catalyst 12 is as shown in FIG. As shown in B), there is almost no change.
その後、図８（Ａ）に示すように、排気の混合比ＭＲ２が希薄へと遷移した後の時刻ｔ３から時刻ｔ４の間においては、触媒１２には、酸素を多く含んだ排気が流れ込む。このため、触媒１２では、図９（Ｃ）に示すように、触媒１２に流入する排気中のアンモニアの酸化反応に加えてさらに、触媒１２に吸着されているアンモニアの酸化反応が盛んに進行する。同時に、排気中のＮＯｘの還元反応も進行する。このように、触媒１２での酸化作用でアンモニアが消費されることに伴い、図８（Ｂ）に示すように、触媒１２におけるアンモニア吸着量ＡＡ２は徐々に減少する。 After that, as shown in FIG. 8A, during the period from time t3 to time t4 after the mixture ratio MR2 of the exhaust gas changes to lean, the exhaust gas containing much oxygen flows into the catalyst 12. Therefore, in the catalyst 12, as shown in FIG. 9(C), in addition to the oxidation reaction of the ammonia in the exhaust flowing into the catalyst 12, the oxidation reaction of the ammonia adsorbed by the catalyst 12 actively progresses. .. At the same time, the reduction reaction of NOx in the exhaust gas also proceeds. In this way, as the ammonia is consumed by the oxidizing action in the catalyst 12, the ammonia adsorption amount AA2 in the catalyst 12 gradually decreases as shown in FIG. 8(B).
触媒１２の温度Ｒｔ２が脱離開始温度Ｔｈ２を超える時刻ｔ４から、触媒１２の温度Ｒｔ２が脱離完了温度Ｔｈ３を超える時刻ｔ６までの区間ｒ３（図７、ステップＳ１３：ＹＥＳ）： Section r3 from time t4 at which the temperature Rt2 of the catalyst 12 exceeds the desorption start temperature Th2 to time t6 at which the temperature Rt2 of the catalyst 12 exceeds the desorption completion temperature Th3 (FIG. 7, step S13: YES):
ここで、時刻ｔ４から、終了条件が成立する前（図７、ステップＳ１５：ＮＯ）の時刻ｔ５の間においては、図８（Ａ）に示すように、排気の混合比ＭＲ２は未だ希薄である。このため、触媒１２では、図９（Ｃ）に示すように、触媒１２に流入する排気中のアンモニアの酸化反応と、吸着されているアンモニアの酸化反応と、排気中のＮＯｘの還元反応とがそれぞれ進行し、図８（Ｂ）に示すように、触媒１２におけるアンモニア吸着量ＡＡ２は継続して減少し続ける。この結果、触媒１２に吸着されているアンモニアは除去される。 Here, between time t4 and time t5 before the end condition is satisfied (FIG. 7, step S15: NO), the exhaust gas mixture ratio MR2 is still lean as shown in FIG. 8(A). .. Therefore, in the catalyst 12, as shown in FIG. 9C, an oxidation reaction of ammonia in the exhaust gas flowing into the catalyst 12, an oxidation reaction of adsorbed ammonia, and a reduction reaction of NOx in the exhaust gas occur. Each progresses, and as shown in FIG. 8B, the ammonia adsorption amount AA2 in the catalyst 12 continues to decrease. As a result, the ammonia adsorbed on the catalyst 12 is removed.
その後、時刻ｔ５から、終了条件が成立した後（図７、ステップＳ１５：ＹＥＳ）の時刻ｔ６の間においては、図７のステップＳ１６によって、排気の混合比ＭＲ２が量論へと変更される（図８（Ａ））。このため、触媒１２が有する三元触媒機能によって、触媒１２におけるアンモニアの酸化反応とＮＯｘの還元反応とが進行し、触媒１２に流入した排気中のアンモニアとＮＯｘとは、図９（Ｂ）に示すように、触媒１２においてそれぞれ浄化され、排出されない。 After that, from time t5 to time t6 after the end condition is satisfied (FIG. 7, step S15: YES), the mixture ratio MR2 of the exhaust gas is changed to stoichiometry in step S16 of FIG. FIG. 8(A)). Therefore, due to the three-way catalytic function of the catalyst 12, the ammonia oxidation reaction and the NOx reduction reaction in the catalyst 12 proceed, and the ammonia and NOx in the exhaust gas flowing into the catalyst 12 are shown in FIG. As shown, each is purified in the catalyst 12 and is not discharged.
以上のように、第２実施形態の排気浄化装置１０ａにおいても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。すなわち、内燃機関２２の始動直後から停止までの終始に亘って、排気浄化装置１０ａからのアンモニアの排出を抑制できると共に、三元触媒機能及びアンモニア吸着機能を有する触媒１２によって、排気浄化装置１０ａの構成を簡易化し、排気浄化装置１０ａを小型化できる。 As described above, also in the exhaust emission control device 10a of the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. That is, the exhaust emission of the exhaust emission control device 10a can be suppressed and the exhaust emission of the exhaust emission control device 10a can be suppressed by the catalyst 12 having the three-way catalyst function and the ammonia adsorption function over the entire period from immediately after the start of the internal combustion engine 22 to the stop thereof. The structure can be simplified, and the exhaust emission control device 10a can be downsized.
また、第２実施形態の排気浄化装置１０ａでは、触媒１２の温度Ｒｔ２が脱離開始温度Ｔｈ２に達する前に、触媒１２に吸着されたアンモニアの全量を除去することができる。 Further, in the exhaust emission control device 10a of the second embodiment, the entire amount of ammonia adsorbed on the catalyst 12 can be removed before the temperature Rt2 of the catalyst 12 reaches the desorption start temperature Th2.
さらに、制御部１１ａは、触媒１２の活性化温度Ｔｈ１に応じて、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ２を希薄へと変更する。具体的には、制御部１１ａは、触媒１２の温度が活性化温度Ｔｈ１を超えた場合（図７、ステップＳ１３：ＹＥＳ）は、触媒１２によるアンモニアの酸化が可能になったとみなして、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ２を量論から希薄へと変更させる（図７、ステップＳ１４）ことで、増加した排気中の酸素によって、触媒１２に吸着されているアンモニアを酸化し除去することができる。この結果、本実施形態の排気浄化装置１０ａによっても、図９に示す繰り返し動作を実現できる。 Further, the control unit 11a changes the exhaust gas mixture ratio MR2 on the upstream side of the catalyst 12 to lean according to the activation temperature Th1 of the catalyst 12. Specifically, when the temperature of the catalyst 12 exceeds the activation temperature Th1 (FIG. 7, step S13: YES), the controller 11a considers that the catalyst 12 can oxidize ammonia, and the catalyst 12 By changing the mixture ratio MR2 of the exhaust gas on the upstream side of the exhaust gas from stoichiometric to lean (FIG. 7, step S14), the ammonia adsorbed on the catalyst 12 is oxidized and removed by the increased oxygen in the exhaust gas. You can As a result, the exhaust gas purifying apparatus 10a of the present embodiment can also realize the repetitive operation shown in FIG.
さらに、第２実施形態の制御部１１ａは、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ２を希薄へと変更させて（図７、ステップＳ１４）触媒１２によるアンモニアの酸化反応を進めた後、一定時間の経過後に、混合比ＭＲ２を量論へと変更させる（図７、ステップＳ１６）ことで、触媒１２よるアンモニアの酸化反応及びＮＯｘの還元反応を継続することができる。また、ステップＳ１５の終了条件として条件ｂ１−１を採用すれば、制御部１１ａは、触媒１２の温度と排気の混合比とを用いて触媒１２に吸着されているアンモニアの量を推定することができ、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ２を希薄に維持させる一定時間を、推定した量のアンモニアが酸化されるまでの間とすることで、触媒１２に吸着されているアンモニアの除去を完了させることができる。 Furthermore, the control unit 11a of the second embodiment changes the mixing ratio MR2 of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst 12 to lean (FIG. 7, step S14), and after advancing the oxidation reaction of ammonia by the catalyst 12, it becomes constant. After the lapse of time, the mixing ratio MR2 is changed to stoichiometry (FIG. 7, step S16), whereby the ammonia oxidation reaction and NOx reduction reaction by the catalyst 12 can be continued. If the condition b1-1 is adopted as the ending condition of step S15, the control unit 11a can estimate the amount of ammonia adsorbed on the catalyst 12 by using the temperature of the catalyst 12 and the mixture ratio of exhaust gas. The removal of the ammonia adsorbed on the catalyst 12 can be performed by setting the fixed time for keeping the exhaust gas mixture ratio MR2 on the upstream side of the catalyst 12 to be lean until the estimated amount of ammonia is oxidized. Can be completed.
＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
<Modification of this embodiment>
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention, and the following modifications are possible, for example.
［変形例１］
上記実施形態では、エンジンシステムの構成の一例を示した。しかし、エンジンシステムの構成は種々の変形が可能である。例えば、エンジンシステムは、図示しない他の装置（例えば、三元触媒やＳＣＲ触媒の状態を監視する装置等）を備えていてもよい。
[Modification 1]
In the above embodiment, an example of the configuration of the engine system is shown. However, various modifications can be made to the configuration of the engine system. For example, the engine system may include another device (not shown) (for example, a device that monitors the state of the three-way catalyst or the SCR catalyst).
［変形例２］
上記実施形態では、排気浄化装置の構成の一例を示した。しかし、排気浄化装置の構成は種々の変形が可能である。例えば、排気浄化装置は、第１実施形態で説明した混合比取得部と、第２実施形態で説明した第２混合比取得部及び温度取得部との両方を備え、図３で説明した制御と、図７で説明した制御との両方を並列に実行する制御部を備えていてもよい。例えば、排気浄化装置には、三元触媒（Three-Way Catalyst）、ＳＣＲ触媒（Selective Catalytic Reduction catalyst）、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒：NOx Storage Reduction catalyst）、酸化触媒（ＤＯＣ触媒：Diesel Oxidation Catalyst）、ＤＰＦ（Diesel particulate filter）等、機能が異なる様々な触媒をさらに配置してもよい。これら各種触媒の配置は、任意に決定できる。
[Modification 2]
In the above embodiment, an example of the configuration of the exhaust gas purification device has been shown. However, the configuration of the exhaust emission control device can be modified in various ways. For example, the exhaust emission control device includes both the mixing ratio acquisition unit described in the first embodiment, the second mixing ratio acquisition unit and the temperature acquisition unit described in the second embodiment, and the control described in FIG. A control unit for executing both of the control described in FIG. 7 in parallel may be provided. For example, the exhaust gas purification device includes a three-way catalyst, a SCR catalyst (Selective Catalytic Reduction catalyst), a NOx storage reduction catalyst (NSR catalyst: NOx Storage Reduction catalyst), and an oxidation catalyst (DOC catalyst: Diesel Oxidation Catalyst). ), DPF (Diesel particulate filter), and other various catalysts having different functions may be further arranged. The arrangement of these various catalysts can be arbitrarily determined.
［変形例３］
上記実施形態では、制御部による制御の一例を示した。しかし、制御部による制御は種々の変形が可能である。例えば、図３のステップＳ１〜Ｓ６のうちの一部は省略してもよく、他のステップを追加して実行してもよい。同様に、図７のステップＳ１１〜Ｓ１６のうちの一部は省略してもよく、他のステップを追加して実行してもよい。例えば、ステップＳ１やＳ１１において例示した開始条件や、ステップ１５において例示した終了条件はあくまで一例であり、種々の条件を採用できる。例えば、図３で説明した混合比のフィードバック制御は、省略してもよい。例えば、図７で説明した混合比を量論へ戻す制御は、省略してもよい。
[Modification 3]
In the above embodiment, an example of control by the control unit has been shown. However, the control by the control unit can be variously modified. For example, some of steps S1 to S6 in FIG. 3 may be omitted, and other steps may be added and executed. Similarly, some of steps S11 to S16 in FIG. 7 may be omitted, and other steps may be added and executed. For example, the start condition illustrated in steps S1 and S11 and the end condition illustrated in step 15 are merely examples, and various conditions can be adopted. For example, the feedback control of the mixing ratio described in FIG. 3 may be omitted. For example, the control for returning the mixing ratio to the stoichiometry described in FIG. 7 may be omitted.
例えば、図３のステップＳ２及びＳ３では、混合比取得部により取得された混合比に代えて、燃焼状態制御部から受信した信号等を用いて推定した混合比を用いてもよい。例えば、図７のステップＳ１２及びＳ１３では、温度取得部により取得された温度に代えて、燃焼状態制御部から受信した信号や、排気管上に設けられた排気温取得部により取得された排気の温度を用いて推定した触媒の温度を用いてもよい。 For example, in steps S2 and S3 of FIG. 3, instead of the mixing ratio acquired by the mixing ratio acquisition unit, a mixing ratio estimated using a signal or the like received from the combustion state control unit may be used. For example, in steps S12 and S13 of FIG. 7, instead of the temperature acquired by the temperature acquisition unit, the signal received from the combustion state control unit or the exhaust gas acquired by the exhaust temperature acquisition unit provided on the exhaust pipe is detected. You may use the temperature of the catalyst estimated using temperature.
以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。 Although the present aspect has been described above based on the embodiment and the modified examples, the embodiment of the aspect described above is intended to facilitate understanding of the present aspect and does not limit the present aspect. The present embodiment can be modified and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and the present embodiment includes equivalents thereof. If the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.
１，１ａ…エンジンシステム
１０，１０ａ…排気浄化装置
１１，１１ａ…制御部
１２…触媒
１４…混合比取得部
１５…第２混合比取得部
１６…温度取得部
１９…排気管
２０…燃焼装置
２１…燃焼状態制御部
２２…内燃機関
1, 1a... Engine system 10, 10a... Exhaust gas purification device 11, 11a... Control part 12... Catalyst 14... Mixing ratio acquisition part 15... Second mixing ratio acquisition part 16... Temperature acquisition part 19... Exhaust pipe 20... Combustion device 21 ... Combustion state control unit 22 ... Internal combustion engine
Claims (5)
前記内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられた、三元触媒機能及びアンモニア吸着機能を有する触媒と、
前記触媒の温度を取得する温度取得部と、
前記触媒の上流側における前記排気の混合比を取得する第２混合比取得部と、
前記触媒の活性化温度に応じて、前記触媒の上流側における排気の混合比を変更させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記温度取得部により取得された前記触媒の温度が前記触媒の活性化温度を超えた場合に、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を量論から希薄へと変更させ、
前記触媒の上流側における前記排気の混合比を希薄へと変更させた後、一定時間の経過後に前記前記触媒の上流側における前記排気の混合比を量論へと変更させ、
前記温度取得部により取得された前記触媒の温度と、前記第２混合比取得部により取得された前記排気の混合比と、を用いて、前記触媒に吸着されているアンモニアの量を推定し、前記一定時間を、前記触媒において前記推定した量のアンモニアが酸化されるまでの時間とする、排気浄化装置。 An exhaust emission control device for an internal combustion engine, which obtains a driving force by combustion of ammonia,
A catalyst having a three-way catalyst function and an ammonia adsorption function, which is provided in the main flow path through which exhaust gas from the internal combustion engine flows,
A temperature acquisition unit for acquiring the temperature of the catalyst,
A second mixing ratio acquisition unit that acquires a mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst;
A control unit for changing the mixing ratio of exhaust gas on the upstream side of the catalyst according to the activation temperature of the catalyst;
Equipped with
The control unit is
When the temperature of the catalyst acquired by the temperature acquisition unit exceeds the activation temperature of the catalyst, the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst is changed from stoichiometric to lean,
After changing the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst to lean, and changing the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst to stoichiometric after a lapse of a certain time,
Using the temperature of the catalyst acquired by the temperature acquisition unit and the mixing ratio of the exhaust gas acquired by the second mixing ratio acquisition unit, the amount of ammonia adsorbed on the catalyst is estimated, wherein the predetermined time, the ammonia amount that the estimated in the catalyst shall be the time until the oxidation, the exhaust purification device.
前記触媒の下流側における排気の混合比を取得する混合比取得部を備え、
前記制御部は、
前記混合比取得部により取得された前記排気の混合比が過濃である場合に、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を量論から希薄へと変更させる、排気浄化装置。 The exhaust emission control device according to claim 1, further comprising:
A mixture ratio acquisition unit for acquiring the exhaust gas mixture ratio on the downstream side of the catalyst;
The control unit is
An exhaust purification device that changes the mixing ratio of the exhaust gas upstream of the catalyst from stoichiometric to lean when the mixing ratio of the exhaust gas acquired by the mixing ratio acquisition unit is excessive.
前記制御部は、さらに、
前記触媒の下流側における前記排気の混合比を量論に維持するように、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を変更させる、排気浄化装置。 The exhaust emission control device according to claim 2,
The control unit further includes
An exhaust gas purification device that changes a mixture ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst so as to maintain a stoichiometric mixture ratio of the exhaust gas on the downstream side of the catalyst.
前記触媒は、さらに酸素吸蔵機能を有している、排気浄化装置。 The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 3 ,
The exhaust gas purification device, wherein the catalyst further has an oxygen storage function.
前記触媒の温度を取得する第１取得工程と、
前記触媒の上流側における前記排気の混合比を取得する第２取得工程と、
前記触媒の活性化温度に応じて、前記触媒の上流側における排気の混合比を変更させる変更工程と、
を備え、
前記変更工程では、
前記第１取得工程により取得された前記触媒の温度が前記触媒の活性化温度を超えた場合に、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を量論から希薄へと変更させ、
前記触媒の上流側における前記排気の混合比を希薄へと変更させた後、一定時間の経過後に前記前記触媒の上流側における前記排気の混合比を量論へと変更させ、
前記第１取得工程により取得された前記触媒の温度と、前記第２取得工程により取得された前記排気の混合比と、を用いて、前記触媒に吸着されているアンモニアの量を推定し、前記一定時間を、前記触媒において前記推定した量のアンモニアが酸化されるまでの時間とする、方法。 A method of purifying exhaust gas of an internal combustion engine, which obtains a driving force by combustion of ammonia, using a catalyst having a three-way catalytic function and an ammonia adsorption function,
A first acquisition step of acquiring the temperature of the catalyst;
A second acquisition step of acquiring a mixture ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst;
A changing step of changing the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst according to the activation temperature of the catalyst ;
Equipped with
In the changing step,
When the temperature of the catalyst acquired in the first acquisition step exceeds the activation temperature of the catalyst, the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst is changed from stoichiometric to lean.
After changing the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst to lean, and changing the mixing ratio of the exhaust gas on the upstream side of the catalyst to stoichiometric after a lapse of a certain time,
Using the temperature of the catalyst acquired in the first acquisition step and the mixture ratio of the exhaust gas acquired in the second acquisition step, the amount of ammonia adsorbed on the catalyst is estimated, and a certain time, the ammonia amount that the estimated in the catalyst shall be the time until the oxidation process.
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