JP6915424B2 - Exhaust gas purification system and regeneration control method - Google Patents

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Description

本発明は、排気ガス浄化システムおよび再生制御方法に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification system and a regeneration control method.

内燃機関（リーンバーンエンジン）の排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵する触媒として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ：Ｌｅａｎ ＮＯｘ Ｔｒａｐ)が広く利用されている（例えば、特許文献１を参照）。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いた排気ガス浄化システムは、排気ガス中のＮＯｘを、空燃比がリーン状態（リーン雰囲気）のときにＮＯｘ吸蔵材料に一旦吸蔵させ、空燃比をストイキ状態またはリッチ状態（ストイキ雰囲気またはリッチ雰囲気）にすることで、吸蔵されたＮＯｘを脱離させて三元機能により還元して排ガスを浄化するものである。 A NOx storage-reducing catalyst (LNT: Lean NOx Trap) is widely used as a catalyst for storing NOx contained in the exhaust gas of an internal combustion engine (lean burn engine) (see, for example, Patent Document 1). In the exhaust gas purification system using this NOx storage reduction type catalyst, NOx in the exhaust gas is temporarily stored in the NOx storage material when the air-fuel ratio is in a lean state (lean atmosphere), and the air-fuel ratio is in a stoichiometric state or a rich state. By creating (a stoichiometric atmosphere or a rich atmosphere), the stored NOx is desorbed and reduced by a ternary function to purify the exhaust gas.

そのため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量に達した場合は、ＮＯｘ吸蔵能力を回復（再生）させるべく、排気通路内への直接噴射やポスト噴射により排気ガス中ひいてはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に未燃燃料を短い時間供給する再生処理によって、排気ガスをストイキ状態またはリッチ状態にするリッチスパイクを定期的に実行する。 Therefore, when the NOx storage amount of the NOx storage reduction catalyst reaches a predetermined amount, the NOx storage reduction type is used in the exhaust gas by direct injection or post injection into the exhaust passage in order to restore (regenerate) the NOx storage capacity. A rich spike that puts the exhaust gas into a stoichiometric or rich state is periodically performed by a regeneration process that supplies the catalyst with unburned fuel for a short period of time.

特開２００１−３５５４８５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-355485

しかしながら、リッチスパイクによる再生処理は、リーンバーンエンジンの運転条件の制約を受けるため、適切なタイミングでＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を再生することができない場合があるという問題があった。この場合、排気ガスに含まれる高濃度のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元型触媒で吸蔵されずに大気に放出されるおそれがある。 However, since the regeneration process using rich spikes is restricted by the operating conditions of the lean burn engine, there is a problem that the NOx storage capacity of the NOx storage-reducing catalyst may not be regenerated at an appropriate timing. In this case, the high-concentration NOx contained in the exhaust gas may be released into the atmosphere without being occluded by the NOx storage-reducing catalyst.

本発明の目的は、適切なタイミングでＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を再生することが可能な排気ガス浄化システムおよび再生制御方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification system and a regeneration control method capable of regenerating the NOx storage capacity of a NOx storage-reducing catalyst at an appropriate timing.

本発明に係る排気ガス浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられ、リーン雰囲気において排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するとともに、吸蔵されていたＮＯｘをストイキ雰囲気またはリッチ雰囲気で還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、
リーン雰囲気において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側における排気ガスの温度が前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒でＨＣ−ＳＣＲ反応が生じる温度範囲内である場合、排気ガスに含まれる未燃燃料の濃度が５００ｐｐｍＣ以上となるように当該未燃燃料を前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に供給させることによって前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵能力を回復させる再生処理の実行を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が多くなるほど、前記未燃燃料の燃料供給速度を速くする。 The exhaust gas purification system according to the present invention is
A NOx occlusal reduction catalyst provided in the exhaust passage of an internal combustion engine, which occludes NOx in the exhaust gas in a lean atmosphere and reduces and purifies the stored NOx in a stoichiometric atmosphere or a rich atmosphere.
In a lean atmosphere, when the temperature of the exhaust gas on the upstream side of the NOx storage-reduction catalyst is within the temperature range in which the HC-SCR reaction occurs in the NOx storage-reduction catalyst, the concentration of unburned fuel contained in the exhaust gas is high. A control unit that controls execution of a regeneration process that restores the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst by supplying the unburned fuel to the NOx storage reduction catalyst so as to be 500 ppmC or more.
Equipped with a,
The control unit increases the fuel supply rate of the unburned fuel as the amount of NOx stored in the NOx storage-reducing catalyst increases .

本発明に係る再生制御方法は、
内燃機関の排気通路に設けられ、リーン雰囲気において排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するとともに、吸蔵されていたＮＯｘをストイキ雰囲気またはリッチ雰囲気で還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備える排気ガス浄化システムにおける再生制御方法であって、
リーン雰囲気において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側における排気ガスの温度が前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒でＨＣ−ＳＣＲ反応が生じる温度範囲内である場合、排気ガスに含まれる未燃燃料の濃度が５００ｐｐｍＣ以上となるように当該未燃燃料を前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に供給させることによって前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵能力を回復させる再生処理の実行を制御し、
前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が多くなるほど、前記未燃燃料の燃料供給速度を速くする。 The reproduction control method according to the present invention
Regeneration in an exhaust gas purification system provided in the exhaust passage of an internal combustion engine and equipped with a NOx occlusion reduction catalyst that occludes NOx in the exhaust gas in a lean atmosphere and reduces and purifies the stored NOx in a stoichiometric atmosphere or a rich atmosphere. It ’s a control method,
In a lean atmosphere, when the temperature of the exhaust gas on the upstream side of the NOx storage-reduction catalyst is within the temperature range in which the HC-SCR reaction occurs in the NOx storage-reduction catalyst, the concentration of unburned fuel contained in the exhaust gas is high. By supplying the unburned fuel to the NOx storage reduction catalyst so as to be 500 ppmC or more, the execution of the regeneration process for recovering the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is controlled .
The larger the NOx storage amount in the NOx storage reduction catalyst, the faster the fuel supply rate of the unburned fuel .

本発明によれば、適切なタイミングでＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を再生することができる。 According to the present invention, the NOx storage capacity of the NOx storage-reducing catalyst can be regenerated at an appropriate timing.

本実施の形態における車両の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the vehicle in this embodiment. 本実施の形態におけるリーン再生処理のＨＣ−ＳＣＲ反応を説明する図である。It is a figure explaining the HC-SCR reaction of the lean regeneration process in this embodiment. 本実施の形態における未燃燃料の供給方法とＮＯｘの分解効率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the supply method of unburned fuel and the decomposition efficiency of NOx in this embodiment. 本実施の形態における内燃機関の運転時間と、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the operation time of the internal combustion engine in this embodiment, and the NOx storage amount of a NOx storage reduction type catalyst. 本実施の形態における車両の構成の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the structure of the vehicle in this embodiment. ＮＯｘ浄化の主体が切り替わる領域を説明する図である。It is a figure explaining the region where the main body of NOx purification is switched.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態における車両１の構成を示す図である。図１に示すように、トラックやバス等の車両１には、内燃機関１０と、排気系２０と、制御部３０（具体的には、ＥＣＭ）とが搭載されている。排気系２０および制御部３０は、本発明の「排気ガス浄化システム」として機能する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a vehicle 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, a vehicle 1 such as a truck or a bus is equipped with an internal combustion engine 10, an exhaust system 20, and a control unit 30 (specifically, an ECM). The exhaust system 20 and the control unit 30 function as the "exhaust gas purification system" of the present invention.

まず、内燃機関１０の構成について説明する。内燃機関１０は、例えばリーンバーンエンジンである。内燃機関１０の燃焼室１１において、燃料噴射インジェクタ１３は、燃焼室１１内に燃料を噴射する。なお、燃料噴射インジェクタ１３は、燃焼室１１の吸気ポートに燃料を噴射しても良い。燃料の噴射は、制御部３０により制御される。また、燃焼室１１内の燃料は、ピストン１９の動作により圧縮されて燃焼する。 First, the configuration of the internal combustion engine 10 will be described. The internal combustion engine 10 is, for example, a lean burn engine. In the combustion chamber 11 of the internal combustion engine 10, the fuel injection injector 13 injects fuel into the combustion chamber 11. The fuel injection injector 13 may inject fuel into the intake port of the combustion chamber 11. Fuel injection is controlled by the control unit 30. Further, the fuel in the combustion chamber 11 is compressed and burned by the operation of the piston 19.

吸気バルブ１５および排気バルブ１７は、開閉可能に構成される。吸気バルブ１５が開くことで、吸気用配管５０からの新気が燃焼室１１に吸入される。また、排気バルブ１７が開くことで、燃焼室１１で燃料が燃焼して生じた排気ガスが排気系２０（具体的には、排気管２１、本発明の「排気通路」に対応）に送り出される。 The intake valve 15 and the exhaust valve 17 are configured to be openable and closable. When the intake valve 15 opens, fresh air from the intake pipe 50 is sucked into the combustion chamber 11. Further, when the exhaust valve 17 is opened, the exhaust gas generated by the combustion of fuel in the combustion chamber 11 is sent out to the exhaust system 20 (specifically, the exhaust pipe 21 corresponding to the "exhaust passage" of the present invention). ..

次に、排気系２０の構成について説明する。排気系２０は、排気管２１を有する。排気管２１は、主に金属製であり、例えば車両１の下部に設けられる。この排気管２１は、内燃機関１０において燃料の燃焼により生じた排気ガスを大気中（車外）に導く。 Next, the configuration of the exhaust system 20 will be described. The exhaust system 20 has an exhaust pipe 21. The exhaust pipe 21 is mainly made of metal, and is provided at the lower part of the vehicle 1, for example. The exhaust pipe 21 guides the exhaust gas generated by the combustion of fuel in the internal combustion engine 10 to the atmosphere (outside the vehicle).

また、排気管２１の途中には、排気ガスを浄化（無害化）するために、後処理装置が設けられている。本実施の形態では、後処理装置として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４が設けられている。 Further, an aftertreatment device is provided in the middle of the exhaust pipe 21 in order to purify (detoxify) the exhaust gas. In the present embodiment, the NOx storage reduction type catalyst 24 is provided as a post-treatment device.

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面にアルカリ金属等を担持して形成されている。具体的には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４は、ＮＯｘを吸蔵する能力を有するＮＯｘ吸蔵材料と、排気ガス中に含まれる還元剤（ＨＣ等）で、ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化する酸化触媒とを有する。 The NOx storage-reduction catalyst 24 is formed by supporting an alkali metal or the like on the surface of a ceramic carrier such as a honeycomb structure. Specifically, the NOx storage reduction catalyst 24 uses a NOx storage material having the ability to store NOx and a reducing agent (HC or the like) contained in the exhaust gas to reduce and purify the NOx stored in the NOx storage material. Has an oxidation catalyst.

ＮＯｘ吸蔵材料は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、第三属元素(Ｓｃ，Ｙ，希土類元素)の酸化物を含む。酸化触媒は、第８−１１族の金属元素を含む酸化物または合金の微粒子を含む。本実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４は、ＮＯｘ吸蔵材料としてＢａＯを１０ｇ／Ｌ以上含み、Ｐｔを３０％以上含む酸化触媒を０．５ｇ／Ｌ以上担持する。２００℃大気圧におけるＮＯｘ吸蔵材料のＮＯ２吸蔵容量は、０．１ｇ／Ｌ以上である。 The NOx storage material contains alkali metals, alkaline earth metals, and oxides of third group elements (Sc, Y, rare earth elements). Oxidation catalysts include fine particles of oxides or alloys containing Group 8-11 metal elements. In the present embodiment, the NOx storage reduction catalyst 24 carries an oxidation catalyst containing BaO of 10 g / L or more and Pt of 30% or more as a NOx storage material of 0.5 g / L or more. The NO 2 storage capacity of the NOx storage material at 200 ° C. atm is 0.1 g / L or more.

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４は、排気ガス中のＮＯｘを、空燃比がリーン状態（リーン雰囲気）のときにＮＯｘ吸蔵材料に一旦吸蔵させ、空燃比をストイキ状態またはリッチ状態（ストイキ雰囲気またはリッチ雰囲気）にすることで、吸蔵されたＮＯｘを脱離させて三元機能により還元して排ガスを浄化する。 The NOx occlusion reduction catalyst 24 temporarily stores NOx in the exhaust gas in the NOx occlusion material when the air-fuel ratio is in a lean state (lean atmosphere), and sets the air-fuel ratio in a stoichiometric state or a rich state (stoichi atmosphere or rich atmosphere). By doing so, the stored NOx is desorbed and reduced by the ternary function to purify the exhaust gas.

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４のＮＯｘ吸蔵量が所定量に達した場合は、ＮＯｘ吸蔵能力を回復（再生）させるべく、排気通路内への直接噴射やポスト噴射により排気ガス中ひいてはＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４に未燃燃料を短い時間供給するＬＮＴ再生処理によって、排気ガスをストイキ状態またはリッチ状態にするリッチスパイクが定期的に実行される。 When the NOx storage amount of the NOx storage reduction catalyst 24 reaches a predetermined amount, the NOx storage reduction type catalyst is used in the exhaust gas by direct injection or post injection into the exhaust passage in order to restore (regenerate) the NOx storage capacity. The LNT regeneration process, which supplies the 24 with unburned fuel for a short period of time, periodically executes a rich spike that puts the exhaust gas in a stoichiometric or rich state.

排気管２１において、例えばＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４の入口近傍には温度センサ２３が設けられている。この温度センサ２３は、排気ガスの温度を検出し、当該温度を示す信号を制御部３０に出力する。 In the exhaust pipe 21, for example, a temperature sensor 23 is provided near the inlet of the NOx storage reduction catalyst 24. The temperature sensor 23 detects the temperature of the exhaust gas and outputs a signal indicating the temperature to the control unit 30.

排気管２１において、温度センサ２３の上流側（具体的には、排気ガスの流れ方向における上流側）には、一時的に排気ガス中（より具体的には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４）に未燃燃料（主にＨＣ）を供給する燃料供給部２２（燃料供給インジェクタ）が配置されている。 In the exhaust pipe 21, the upstream side of the temperature sensor 23 (specifically, the upstream side in the flow direction of the exhaust gas) is temporarily in the exhaust gas (more specifically, the NOx storage reduction catalyst 24). A fuel supply unit 22 (fuel supply injector) for supplying unburned fuel (mainly HC) is arranged.

制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）、および、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭから制御プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開した制御プログラムと協働して各種処理の実行を制御する。 The control unit 30 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory) in which a control program is stored, a working memory such as a RAM (Random Access Memory), and the like. The CPU reads a control program from the ROM, expands it into the RAM, and controls the execution of various processes in cooperation with the expanded control program.

図１に示すように、制御部３０は、温度取得部３１および燃料供給制御部３２（本発明の「制御部」として機能）を備える。 As shown in FIG. 1, the control unit 30 includes a temperature acquisition unit 31 and a fuel supply control unit 32 (functioning as a “control unit” of the present invention).

温度取得部３１は、温度センサ２３から出力された信号を入力し、排気管２１を通過する排気ガスの温度を取得する。 The temperature acquisition unit 31 inputs a signal output from the temperature sensor 23 and acquires the temperature of the exhaust gas passing through the exhaust pipe 21.

燃料供給制御部３２は、リーン雰囲気において、温度取得部３１により取得された温度がＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４でＨＣ−ＳＣＲ反応が生じる温度範囲内（より具体的には２００℃（下限温度）以上かつ４００℃（上限温度）以下）である場合、未燃燃料を排気ガス中ひいてはＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４に供給させることによってＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４の吸蔵能力を回復させる再生処理（以下、リーン再生処理と言う）の実行を制御する。 In a lean atmosphere, the fuel supply control unit 32 has a temperature acquired by the temperature acquisition unit 31 within a temperature range in which the HC-SCR reaction occurs in the NOx storage reduction catalyst 24 (more specifically, 200 ° C. (lower limit temperature) or more). And when the temperature is 400 ° C. (upper limit temperature) or less), a regeneration process (hereinafter, lean) for recovering the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 24 by supplying unburned fuel to the NOx storage reduction catalyst 24 in the exhaust gas. Controls the execution of (called playback processing).

リーン再生処理は、リッチスパイクによる再生処理とは異なる原理に基づいている。リーン再生処理で重要な過程は、酸化触媒（Ｐｔ）上におけるＨＣ−ＳＣＲ反応である。ＨＣ−ＳＣＲ反応は、図２に示すように、酸化触媒（Ｐｔ）に吸着したＨＣｓ（炭化水素）がＮＯｘ吸蔵材料（ＢａＯ）に吸蔵されたＮＯｘと反応してＮＯｘを分解する過程である。リーン再生処理では、ＮＯｘ吸蔵材料（ＢａＯ）に吸蔵されたＮＯｘが近傍の酸化触媒（Ｐｔ）に流入しては分解される反応が進行する。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４に対する未燃燃料（主に、ＨＣｓ）の供給が停止された場合、酸化触媒を介してＮＯｘがＮＯｘ吸蔵材料に流れ込みながら吸蔵される。 The lean regeneration process is based on a different principle from the rich spike regeneration process. An important process in the lean regeneration process is the HC-SCR reaction on the oxidation catalyst (Pt). As shown in FIG. 2, the HC-SCR reaction is a process in which HCs (hydrocarbons) adsorbed on an oxidation catalyst (Pt) react with NOx stored in a NOx storage material (BaO) to decompose NOx. In the lean regeneration treatment, the reaction in which NOx stored in the NOx storage material (BaO) flows into the nearby oxidation catalyst (Pt) and is decomposed proceeds. When the supply of unburned fuel (mainly HCs) to the NOx storage reduction catalyst 24 is stopped, NOx is stored while flowing into the NOx storage material via the oxidation catalyst.

リーン再生処理で重要な過程であるＨＣ−ＳＣＲ反応の効率は、酸化触媒の組成と未燃燃料の組成との両方に依存する。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４で用いられる代表的なＰｔ系酸化触媒では、ＨＣ−ＳＣＲ反応の効率は２００〜３５０℃をピークとしている。そのため、本実施の形態では、燃料供給制御部３２は、温度取得部３１により取得された温度が２００℃以上かつ４００℃以下である場合、リーン再生処理の実行を制御する。 The efficiency of the HC-SCR reaction, which is an important process in the lean regeneration process, depends on both the composition of the oxidation catalyst and the composition of the unburned fuel. In a typical Pt-based oxidation catalyst used in the NOx storage reduction catalyst 24, the efficiency of the HC-SCR reaction peaks at 200 to 350 ° C. Therefore, in the present embodiment, the fuel supply control unit 32 controls the execution of the lean regeneration process when the temperature acquired by the temperature acquisition unit 31 is 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.

図３は、未燃燃料の供給方法とＮＯｘの分解効率との関係を示す図である。図３に示すように、内燃機関１０のポスト噴射により未燃燃料を供給する場合には、燃料供給部２２により未燃燃料を供給する場合と比べて低温域でＨＣ−ＳＣＲ反応によるＮＯｘの分解が進行する傾向がある。これは、内燃機関１０のポスト噴射の場合には燃焼室１１内で燃料の軽油がクラッキングされて反応性の高い低分子量の炭化水素（ＨＣｓ）が生成されるため、低温域でＮＯｘの分解を促進するためである。そこで、本実施の形態では、燃料供給制御部３２は、温度取得部３１により取得された温度が２００℃以上かつ３００℃（所定温度）以下である場合、内燃機関１０のポスト噴射によって未燃燃料をＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４に供給させる。一方、燃料供給制御部３２は、温度取得部３１により取得された温度が３００℃以上かつ４００℃以下である場合、燃料供給部２２を制御し、排気管２１内に未燃燃料を直接噴射させることによって当該未燃燃料をＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４に供給させる。これにより、排気ガスの広い温度領域で高効率に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４に吸蔵されたＮＯｘを分解することができる。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the method of supplying unburned fuel and the decomposition efficiency of NOx. As shown in FIG. 3, when the unburned fuel is supplied by the post injection of the internal combustion engine 10, NOx is decomposed by the HC-SCR reaction in a low temperature region as compared with the case where the unburned fuel is supplied by the fuel supply unit 22. Tends to progress. This is because in the case of post-injection of the internal combustion engine 10, light oil of fuel is cracked in the combustion chamber 11 to generate highly reactive low molecular weight hydrocarbons (HCs), so that NOx is decomposed in a low temperature range. This is to promote. Therefore, in the present embodiment, when the temperature acquired by the temperature acquisition unit 31 is 200 ° C. or higher and 300 ° C. (predetermined temperature) or lower, the fuel supply control unit 32 causes unburned fuel by post-injection of the internal combustion engine 10. Is supplied to the NOx storage reduction catalyst 24. On the other hand, when the temperature acquired by the temperature acquisition unit 31 is 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, the fuel supply control unit 32 controls the fuel supply unit 22 to directly inject unburned fuel into the exhaust pipe 21. As a result, the unburned fuel is supplied to the NOx storage reduction catalyst 24. As a result, NOx stored in the NOx storage reduction catalyst 24 can be decomposed with high efficiency in a wide temperature range of the exhaust gas.

なお、未燃燃料の供給方法は、連続的であっても良いし、パルス状であっても良い。本実施の形態では、燃料供給制御部３２は、排気ガスに含まれる未燃燃料の濃度が５００ｐｐｍＣ以上かつ１００００ｐｐｍＣ以下となるように当該未燃燃料を排気ガス中ひいてはＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４に供給させる。未燃燃料の濃度が低濃度であればＮＯｘの分解速度は遅く、逆に高濃度であれば、ＮＯｘの分解速度は早いがリッチスパイク特有の問題が生じるおそれがある。リッチスパイク特有の問題とは、触媒温度、未燃燃料の供給速度および供給時間および触媒の劣化状態等に依存して、有害なＣＯ、有機酸、アルデヒド類、ＮＨ３や温室効果ガスのＮ２Ｏ等を副生成したり、吸蔵されていたＮＯｘの一部が脱離して排出されたりする問題である。そのため、高濃度の未燃燃料を供給する場合には、連続的ではなく、パルス状または断続的に供給することが好ましい。 The method of supplying the unburned fuel may be continuous or pulsed. In the present embodiment, the fuel supply control unit 32 supplies the unburned fuel to the NOx storage reduction catalyst 24 in the exhaust gas so that the concentration of the unburned fuel contained in the exhaust gas is 500 ppmC or more and 10000 ppmC or less. Let me. If the concentration of unburned fuel is low, the decomposition rate of NOx is slow, and conversely, if the concentration of unburned fuel is high, the decomposition rate of NOx is high, but problems peculiar to rich spikes may occur. Problems peculiar to rich spikes are harmful CO, organic acids, aldehydes, NH 3 and greenhouse gas N 2 depending on the catalyst temperature, supply rate and supply time of unburned fuel, deterioration state of catalyst, etc. It is a problem that O and the like are by-produced, and a part of NOx that has been occluded is desorbed and discharged. Therefore, when supplying a high concentration of unburned fuel, it is preferable to supply it in a pulsed or intermittent manner rather than continuously.

本実施の形態において、リーン再生処理は、リッチスパイクによる再生処理と相補的に両者の長所を最大限に発揮した再生制御を実現することができる。例えば図４に示すように、内燃機関１０の運転時間を横軸、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４のＮＯｘ吸蔵量(推定値)を縦軸にとったときに、ＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａを超えて閾値Ｂ未満のケースでは燃料供給速度がＸ１となるリーン再生処理を実施し、閾値Ｂを超えて閾値Ｃ未満のケースでは燃料供給速度がＸ２(＞Ｘ１)となるリーン再生処理を実施し、閾値Ｃを超えるケースでは燃料供給速度がＸ３(＞Ｘ２)となるリーン再生処理、さらに、閾値Ｃを超えるケースで、かつ、内燃機関１０の運転条件がリッチスパイクを実施する条件を満たしている場合にはリッチスパイクを行うように制御する。以上の制御を実行することで、リーン再生処理によりＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４のＮＯｘ吸蔵量の増加を緩慢（ゆるやか）にすることができるため、リッチスパイクの頻度を抑制することができる。また、リーン再生処理では抑制しきれないＮＯｘ吸蔵量に達した際には、リッチスパイクによる再生処理を実行することで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４に吸蔵しているＮＯｘを短時間で浄化することができる。 In the present embodiment, the lean regeneration process can realize the regeneration control that maximizes the advantages of both in a complementary manner to the regeneration process by the rich spike. For example, as shown in FIG. 4, when the operating time of the internal combustion engine 10 is on the horizontal axis and the NOx storage amount (estimated value) of the NOx storage reduction catalyst 24 is on the vertical axis, the NOx storage amount exceeds the threshold value A. In the case of less than the threshold value B, the lean regeneration process in which the fuel supply rate becomes X1 is performed, and in the case of exceeding the threshold value B and less than the threshold value C, the lean regeneration process in which the fuel supply rate becomes X2 (> X1) is performed. Lean regeneration processing in which the fuel supply speed becomes X3 (> X2) in the case of exceeding C, and in the case of exceeding the threshold value C and the operating conditions of the internal combustion engine 10 satisfy the conditions for performing rich spikes. Controls to perform rich spikes. By executing the above control, the increase in the NOx storage amount of the NOx storage reduction catalyst 24 can be slowed down (slowly) by the lean regeneration treatment, so that the frequency of rich spikes can be suppressed. Further, when the NOx storage amount that cannot be suppressed by the lean regeneration treatment is reached, the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst 24 is purified in a short time by executing the regeneration treatment with rich spikes. Can be done.

以上詳しく説明したように、本実施の形態では、排気ガス浄化システム（排気系２０および制御部３０）は、内燃機関１０の排気通路に設けられ、リーン雰囲気において排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するとともに、吸蔵されていたＮＯｘをストイキ雰囲気またはリッチ雰囲気で還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４と、リーン雰囲気において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４の上流側における排気ガスの温度が２００℃以上かつ４００℃以下である場合、排気ガスに含まれる未燃燃料の濃度が５００ｐｐｍＣ以上となるように当該未燃燃料をＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４に供給させることによってＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４の吸蔵能力を回復させる再生処理の実行を制御する制御部３０とを備える。 As described in detail above, in the present embodiment, the exhaust gas purification system (exhaust system 20 and control unit 30) is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine 10 to store NOx in the exhaust gas in a lean atmosphere. The NOx storage-reduction catalyst 24 that reduces and purifies the stored NOx in a stoichiometric atmosphere or a rich atmosphere, and the exhaust gas temperature on the upstream side of the NOx storage-reduction catalyst 24 in a lean atmosphere is 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. If this is the case, the NOx storage-reducing catalyst 24 is supplied with the unburned fuel so that the concentration of the unburned fuel contained in the exhaust gas is 500 ppmC or more, thereby recovering the storage capacity of the NOx storage-reducing catalyst 24. It includes a control unit 30 that controls execution of processing.

このように構成した本実施の形態によれば、リッチスパイクによる再生処理とは異なり、内燃機関１０の運転条件にほとんど依存せずに、適切なタイミングでリーン再生処理を実行することができる。そのため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４のＮＯｘ吸蔵量が再生閾値を越えながらもリッチスパイクによる再生処理を実行することができない状況下においては効果的な再生手法として利用することができる。 According to the present embodiment configured in this way, unlike the regeneration process by the rich spike, the lean regeneration process can be executed at an appropriate timing with almost no dependence on the operating conditions of the internal combustion engine 10. Therefore, it can be used as an effective regeneration method in a situation where the NOx storage amount of the NOx storage-reducing catalyst 24 exceeds the regeneration threshold value but the regeneration process by rich spikes cannot be executed.

また、リーン再生処理では、リッチスパイク特有の問題、すなわち触媒温度、未燃燃料の供給速度および供給時間および触媒の劣化状態等に依存して、有害なＣＯ、有機酸、アルデヒド類、ＮＨ３や温室効果ガスのＮ２Ｏ等を副生成したり、吸蔵されていたＮＯｘの一部が脱離して排出されたりする問題が発生することを防止することができる。 Further, in the lean regeneration process, the rich spike particular problem, namely catalyst temperature, depending on the feed rate and feed time and catalyst conditions such as deterioration of the unburned fuel, harmful CO, organic acids, aldehydes, Ya NH 3 it is possible to prevent the or byproduct of N 2 O, etc. of greenhouse gases, a problem that a part of NOx stored is or is discharged desorbed occur.

また、リーン再生処理では、リッチスパイクによる再生処理と比べて燃料消費量を抑制することができる。リッチスパイクによる再生処理では、リッチ雰囲気を形成するために、未燃燃料の大部分が排気ガス中の酸素を消費するために使用されるからである。そのために、供給された未燃燃料のうちＮＯｘの分解に寄与した炭化水素の割合は非常に低い。リーン再生処理においてもリーン雰囲気下でＮＯｘを還元するために酸素と炭化水素の反応は発生するものの、リッチスパイクによる再生処理と比べるとその比率は低く、効率的に炭化水素をＮＯｘと反応させることができる。 Further, in the lean regeneration process, the fuel consumption can be suppressed as compared with the regeneration process by the rich spike. This is because in the rich spike regeneration process, most of the unburned fuel is used to consume oxygen in the exhaust gas in order to form a rich atmosphere. Therefore, the proportion of hydrocarbons that contributed to the decomposition of NOx in the supplied unburned fuel is very low. Even in the lean regeneration treatment, a reaction between oxygen and hydrocarbon occurs in order to reduce NOx in a lean atmosphere, but the ratio is lower than that in the regeneration treatment using rich spikes, and the hydrocarbon is efficiently reacted with NOx. Can be done.

リーン再生処理は、図５に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４Ａの下流側に尿素水インジェクタ２５とＳＣＲ２４Ｃとを有する尿素ＳＣＲシステムを配置する場合においても有効な手法である。リッチスパイクによる再生処理が実行される期間は、ＳＣＲ２４ＣにおけるＮＯｘ浄化能力は低下する。それは、リッチスパイクによって生じたリッチ雰囲気ではＳＣＲ２４Ｃの上流側に位置する酸化触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４Ａ，ＤＰＦ２４Ｂ）でＮＯ２が生成されなくなるために、ＳＣＲ２４ＣにおいてｆａｓｔＳＣＲ反応が起こりにくくなること、また、反応に酸素を必要とするｓｔａｎｄａｒｄＳＣＲ反応もリッチ雰囲気では進行しないことが主な原因である。一方、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４Ａではリッチスパイクによる再生処理によって、吸蔵されていたＮＯｘの吐き出しを起こすことがあり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４Ａから吐き出されたＮＯｘがリッチ雰囲気であることでＳＣＲ２４Ｃでは浄化されないまま大気に排出されるおそれがあった。上記のようなリッチ雰囲気に基づく不具合は、本実施の形態におけるリーン再生処理を採用することで生じることなく、ＳＣＲ２４Ｃ本来の高いＮＯｘ浄化性能を発揮することができる。 As shown in FIG. 5, the lean regeneration treatment is also an effective method when a urea SCR system having a urea water injector 25 and an SCR 24C is arranged on the downstream side of the NOx storage reduction catalyst 24A. The NOx purification capacity of the SCR24C decreases during the period when the regeneration process by the rich spike is executed. In the rich atmosphere created by the rich spikes, NO 2 is not generated by the oxidation catalysts (NOx storage-reducing catalysts 24A, DPF24B) located upstream of the SCR24C, so that the fastSCR reaction is less likely to occur in the SCR24C. The main reason is that the spiked SCR reaction, which requires oxygen for the reaction, does not proceed in a rich atmosphere. On the other hand, in the NOx storage-reduction catalyst 24A, the NOx stored in the NOx storage-reduction catalyst 24A may be discharged due to the regeneration treatment by the rich spike, and the NOx discharged from the NOx storage-reduction catalyst 24A has a rich atmosphere, so that the SCR24C purifies the NOx. There was a risk of being discharged into the atmosphere without being done. The above-mentioned problems based on the rich atmosphere do not occur by adopting the lean regeneration process in the present embodiment, and the high NOx purification performance inherent in SCR24C can be exhibited.

さらに言えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４Ａと尿素ＳＣＲシステムとの協調制御に対して、リーン再生処理を活用することができる。例えば、図６に示すように、図５に示す構成にはＮＯｘを浄化する主体（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４Ａ、ＳＣＲ２４Ｃ）が切り替わる温度域が存在し、システム構成によってはこの切り替え温度域のＮＯｘ浄化性能が落ち込む場合がある。例えば、車両構造に基づく各触媒の位置的な制約と両者の活性温度ウインドウの不整合が生じているような場合であって、具体的には図５に示すようにＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４Ａ(エンジンルーム内)とＳＣＲ２４Ｃ(アンダーフロア)間の距離が長く放熱によりＳＣＲ２４Ｃの昇温が遅くなるような場合である。従来は、ＳＣＲ２４Ｃを早期に活性させるための排ガス昇温手段が必要となり燃費が悪化していた。しかし、この切り替え温度はＨＣ−ＳＣＲ反応が進行しやすい温度域に存在しているため、例えばＳＣＲ２４Ｃの下流側に設けられたＮＯｘセンサー（図示せず）の値が目標値に対して高く推移している場合（すなわちシステム全体としての浄化性能が落ち込んでいる場合）においては、リーン再生処理を実行することが好ましい。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２４ＡのＮＯｘ吸蔵効率を高めて、後処理装置全体でのＮＯｘ浄化性能を向上させることができる。 Furthermore, the lean regeneration process can be utilized for the coordinated control of the NOx storage reduction catalyst 24A and the urea SCR system. For example, as shown in FIG. 6, in the configuration shown in FIG. 5, there is a temperature range in which the main body for purifying NOx (NOx storage-reduction catalyst 24A, SCR24C) is switched, and depending on the system configuration, NOx purification in this switching temperature range is provided. Performance may drop. For example, in the case where the positional restriction of each catalyst based on the vehicle structure and the inconsistency of the active temperature windows of both occur, specifically, as shown in FIG. 5, the NOx storage reduction catalyst 24A ( This is a case where the distance between (in the engine room) and the SCR24C (underfloor) is long and the temperature rise of the SCR24C is delayed due to heat dissipation. Conventionally, a means for raising the temperature of exhaust gas for activating the SCR24C at an early stage is required, and fuel efficiency has deteriorated. However, since this switching temperature exists in a temperature range in which the HC-SCR reaction is likely to proceed, the value of the NOx sensor (not shown) provided on the downstream side of the SCR24C, for example, changes higher than the target value. When this is the case (that is, when the purification performance of the system as a whole is deteriorated), it is preferable to execute the lean regeneration process. As a result, the NOx storage efficiency of the NOx storage reduction catalyst 24A can be increased, and the NOx purification performance of the entire aftertreatment device can be improved.

また、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 In addition, all of the above-described embodiments are merely examples of embodiment of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner by these. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from its gist or its main features.

本発明は、適切なタイミングでＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を再生することが可能な排気ガス浄化システムおよび再生制御方法として有用である。 The present invention is useful as an exhaust gas purification system and a regeneration control method capable of regenerating the NOx storage capacity of a NOx storage reduction catalyst at an appropriate timing.

１ 車両
１０ 内燃機関
１１ 燃焼室
１３ 燃料噴射インジェクタ
１５ 吸気バルブ
１７ 排気バルブ
１９ ピストン
２０ 排気系
２１ 排気管
２２ 燃料供給部
２３ 温度センサ
２４，２４Ａ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
２４Ｂ ＤＰＦ
２４Ｃ ＳＣＲ
２５ 尿素水インジェクタ
３０ 制御部
３１ 温度取得部
３２ 燃料供給制御部
５０ 吸気用配管 1 Vehicle 10 Internal combustion engine 11 Combustion chamber 13 Fuel injection injector 15 Intake valve 17 Exhaust valve 19 Piston 20 Exhaust system 21 Exhaust pipe 22 Fuel supply unit 23 Temperature sensor 24, 24A NOx storage reduction type catalyst 24B DPF
24C SCR
25 Urea water injector 30 Control unit 31 Temperature acquisition unit 32 Fuel supply control unit 50 Intake piping

Claims (5)

内燃機関の排気通路に設けられ、リーン雰囲気において排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するとともに、吸蔵されていたＮＯｘをストイキ雰囲気またはリッチ雰囲気で還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、
リーン雰囲気において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側における排気ガスの温度が前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒でＨＣ−ＳＣＲ反応が生じる温度範囲内である場合、排気ガスに含まれる未燃燃料の濃度が５００ｐｐｍＣ以上となるように当該未燃燃料を前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に供給させることによって前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵能力を回復させる再生処理の実行を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が多くなるほど、前記未燃燃料の燃料供給速度を速くする、
排気ガス浄化システム。 A NOx occlusal reduction catalyst provided in the exhaust passage of an internal combustion engine, which occludes NOx in the exhaust gas in a lean atmosphere and reduces and purifies the stored NOx in a stoichiometric atmosphere or a rich atmosphere.
In a lean atmosphere, when the temperature of the exhaust gas on the upstream side of the NOx storage-reduction catalyst is within the temperature range in which the HC-SCR reaction occurs in the NOx storage-reduction catalyst, the concentration of unburned fuel contained in the exhaust gas is high. A control unit that controls execution of a regeneration process that restores the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst by supplying the unburned fuel to the NOx storage reduction catalyst so as to be 500 ppmC or more.
Equipped with a,
The control unit increases the fuel supply rate of the unburned fuel as the NOx storage amount in the NOx storage reduction catalyst increases.
Exhaust gas purification system. 前記制御部は、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側における排気ガスの温度が前記ＨＣ−ＳＣＲ反応が生じる温度範囲の下限温度以上である場合、前記内燃機関のポスト噴射によって前記未燃燃料を前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に供給させる、
請求項１に記載の排気ガス浄化システム。 When the temperature of the exhaust gas on the upstream side of the NOx storage reduction catalyst is equal to or higher than the lower limit of the temperature range in which the HC-SCR reaction occurs, the control unit uses the post-injection of the internal combustion engine to produce the unburned fuel. Supply to NOx storage reduction catalyst,
The exhaust gas purification system according to claim 1. 前記制御部は、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側における排気ガスの温度が前記ＨＣ−ＳＣＲ反応が生じる温度範囲の下限温度より高い所定温度以上かつ前記ＨＣ−ＳＣＲ反応が生じる温度範囲の上限温度以下である場合、前記排気通路内に前記未燃燃料を直接噴射させることによって当該未燃燃料を前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に供給させる、
請求項１または２に記載の排気ガス浄化システム。 The control unit has a predetermined temperature or higher in which the temperature of the exhaust gas on the upstream side of the NOx storage reduction catalyst is higher than the lower limit temperature of the temperature range in which the HC-SCR reaction occurs and the upper limit temperature in the temperature range in which the HC-SCR reaction occurs. In the following cases, the unburned fuel is supplied to the NOx storage reduction catalyst by directly injecting the unburned fuel into the exhaust passage.
The exhaust gas purification system according to claim 1 or 2. 前記ＨＣ−ＳＣＲ反応が生じる温度範囲は、２００℃以上かつ４００℃以下であり、
前記制御部は、排気ガスに含まれる前記未燃燃料の濃度が５００ｐｐｍＣ以上かつ１００００ｐｐｍＣ以下となるように当該未燃燃料を前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に供給させる、
請求項１〜３の何れか１項に記載の排気ガス浄化システム。 The temperature range in which the HC-SCR reaction occurs is 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.
The control unit supplies the unburned fuel to the NOx storage-reduction catalyst so that the concentration of the unburned fuel contained in the exhaust gas is 500 ppmC or more and 10,000 ppmC or less.
The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 3. 内燃機関の排気通路に設けられ、リーン雰囲気において排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するとともに、吸蔵されていたＮＯｘをストイキ雰囲気またはリッチ雰囲気で還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備える排気ガス浄化システムにおける再生制御方法であって、
リーン雰囲気において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側における排気ガスの温度が前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒でＨＣ−ＳＣＲ反応が生じる温度範囲内である場合、排気ガスに含まれる未燃燃料の濃度が５００ｐｐｍＣ以上となるように当該未燃燃料を前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に供給させることによって前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵能力を回復させる再生処理の実行を制御し、
前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が多くなるほど、前記未燃燃料の燃料供給速度を速くする、
再生制御方法。 Regeneration in an exhaust gas purification system provided in the exhaust passage of an internal combustion engine and equipped with a NOx occlusion reduction catalyst that occludes NOx in the exhaust gas in a lean atmosphere and reduces and purifies the stored NOx in a stoichiometric atmosphere or a rich atmosphere. It ’s a control method,
In a lean atmosphere, when the temperature of the exhaust gas on the upstream side of the NOx storage-reduction catalyst is within the temperature range in which the HC-SCR reaction occurs in the NOx storage-reduction catalyst, the concentration of unburned fuel contained in the exhaust gas is high. By supplying the unburned fuel to the NOx storage reduction catalyst so as to be 500 ppmC or more, the execution of the regeneration process for recovering the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is controlled .
The larger the NOx storage amount in the NOx storage reduction catalyst, the faster the fuel supply rate of the unburned fuel.
Playback control method.
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