JP7393098B2 - Exhaust purification system - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関からの排気を浄化するシステムに関する。 The present invention relates to a system for purifying exhaust gas from an internal combustion engine.

特開2001-295634号公報は、内燃機関からの排気を浄化するシステムを開示する。この従来のシステムは、三元触媒と、電源装置と、を備えている。電源装置は、三元触媒に装着された電極間に電圧を印加して放電限界電界を発生させる。放電限界電界は、排気に含まれるガス分子の大半が解離を始める電界の強度である。 Japanese Patent Application Publication No. 2001-295634 discloses a system for purifying exhaust gas from an internal combustion engine. This conventional system includes a three-way catalyst and a power supply. The power supply device applies a voltage between electrodes attached to the three-way catalyst to generate a discharge limit electric field. The discharge limit electric field is the intensity of the electric field at which most of the gas molecules contained in the exhaust gas begin to dissociate.

三元触媒の雰囲気温度が適正な温度域よりも低い場合、ガス分子のポテンシャルエネルギは低く、三元触媒によるガス分子の浄化反応が進行し難い。この点、従来のシステムによれば、放電限界電界によるポテンシャルエネルギの増加が期待される。従って、雰囲気温度が適正な温度域よりも低い場合でも、雰囲気温度が適正な温度域にある場合と同様に、浄化反応を進行させることができる。 When the ambient temperature of the three-way catalyst is lower than the appropriate temperature range, the potential energy of the gas molecules is low, and the purification reaction of the gas molecules by the three-way catalyst is difficult to proceed. In this regard, according to the conventional system, an increase in potential energy due to the discharge limit electric field is expected. Therefore, even when the ambient temperature is lower than the appropriate temperature range, the purification reaction can proceed in the same way as when the ambient temperature is within the appropriate temperature range.

特開2001-295634号公報Japanese Patent Application Publication No. 2001-295634 特開2013-209921号公報JP2013-209921A 特開2001-159309号公報Japanese Patent Application Publication No. 2001-159309

しかしながら、放電限界電界としては数百kV/cmの強度が想定されており、放電限界電界を常に発生させることは電力の無駄遣いに繋がる。また、雰囲気温度が適正な温度域にある場合に放電限界電界を発生させることも、電力の無駄遣いに繋がる。そのため、三元触媒の雰囲気を考慮した改良が望まれる。 However, the discharge limit electric field is assumed to have an intensity of several hundred kV/cm, and constantly generating the discharge limit electric field leads to wasted power. Further, generating a discharge limit electric field when the ambient temperature is within a proper temperature range also leads to wasted power. Therefore, improvements are desired that take into account the atmosphere of the three-way catalyst.

本発明の1つの目的は、内燃機関からの排気の浄化を触媒への電界印加により行うシステムにおいて、電界の発生に伴う電力の消費量を減らすことにある。 One object of the present invention is to reduce power consumption associated with the generation of an electric field in a system that purifies exhaust gas from an internal combustion engine by applying an electric field to a catalyst.

本発明は、上記課題を解決する排気浄化システムであり、次の特徴を有する。
前記排気浄化システムは、浄化用触媒と、第1および第2電極と、取得装置と、電源装置と、を備える。
前記浄化用触媒は、内燃機関の排気管に設けられる。
前記第1および第2電極は、前記浄化用触媒に設けられる。
前記取得装置は、前記浄化用触媒に流入する排気温度を取得する。
前記電源装置は、電圧制御を行う。前記電圧制御では、前記第1および第2電極の間に浄化用電位差を生じさせて前記浄化用触媒の表面付近に電界が付与されるように前記第1または第2電極に対して電圧が印加される。
前記電源装置は、前記電圧制御において、
前記排気温度が、前記浄化用触媒による排気成分の浄化率の下限値または上限値に基づいて設定された温度下限値と温度上限値の間にない場合、前記第1または第2電極に印加する電圧の指令値をゼロに設定し、
前記排気温度が前記温度下限値と前記温度上限値の間にある場合、前記排気温度が高くなるほど前記浄化用電位差が小さくなるように前記第1または第2電極に印加する電圧の指令値を設定する
The present invention is an exhaust purification system that solves the above problems, and has the following features.
The exhaust gas purification system includes a purification catalyst, first and second electrodes, an acquisition device, and a power supply device.
The purification catalyst is provided in an exhaust pipe of an internal combustion engine.
The first and second electrodes are provided on the purification catalyst.
The acquisition device acquires a temperature of exhaust gas flowing into the purification catalyst .
The power supply device performs voltage control. In the voltage control , a voltage is applied to the first or second electrode so that a purification potential difference is generated between the first and second electrodes and an electric field is applied near the surface of the purification catalyst. is applied.
In the voltage control , the power supply device includes :
When the exhaust gas temperature is not between the lower temperature limit and the upper temperature limit set based on the lower limit or upper limit of the purification rate of exhaust components by the purification catalyst, the voltage is applied to the first or second electrode. Set the voltage command value to zero,
When the exhaust gas temperature is between the temperature lower limit value and the temperature upper limit value, a command value of the voltage to be applied to the first or second electrode is set such that the purification potential difference becomes smaller as the exhaust gas temperature increases. do .

本発明によれば、第1および第2電極の間に浄化用電位差を生じさせて浄化用触媒の表面付近に電界が付与されるようにこれらの電極の一方に対して電圧が印加される電圧制御が行われる。但し、電圧制御では、排気温度が温度下限値と温度上限値の間にない場合、印加電圧の指令値がゼロに設定される。従って、電圧の印加を常に行う場合に比べて電力の消費量を減らすことが可能になる。 According to the present invention , a voltage is applied to one of these electrodes such that a purification potential difference is generated between the first and second electrodes and an electric field is applied near the surface of the purification catalyst. Pressure control is performed. However, in voltage control, if the exhaust gas temperature is not between the temperature lower limit value and the temperature upper limit value, the command value of the applied voltage is set to zero. Therefore, it is possible to reduce power consumption compared to the case where voltage is constantly applied.

一方、電圧制御では、排気温度が温度下限値と温度上限値の間にある場合、排気温度が高くなるほど浄化用電位差が小さくなるように印加電圧の指令値が設定される。浄化用電位差が小さくなるように印加電圧の指令値が設定されるということは、浄化用電位差を一定に保つように同指令値が設定される場合に比べて電力の消費量が少なくなる。従って、電圧の印加に伴う電力の消費量を減らすことが可能になる。

On the other hand, in voltage control, when the exhaust gas temperature is between the temperature lower limit value and the temperature upper limit value, the command value of the applied voltage is set so that the purification potential difference becomes smaller as the exhaust gas temperature becomes higher . When the command value of the applied voltage is set so that the purification potential difference is small, the amount of power consumed is less than when the command value is set so that the purification potential difference is kept constant. Therefore, it becomes possible to reduce power consumption associated with voltage application.

実施の形態に係る排気浄化システムの構成例を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an exhaust gas purification system according to an embodiment. 第1の電圧制御の処理例を説明するフローチャートである。7 is a flowchart illustrating a first voltage control processing example. 第2の電圧制御の処理例を説明するフローチャートである。12 is a flowchart illustrating a second voltage control processing example. 第3の電圧制御の処理例を説明するフローチャートである。12 is a flowchart illustrating a third voltage control processing example. 第1の電位差の第1の設定例を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a first setting example of a first potential difference. 第1の電位差の第2の設定例を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a second setting example of the first potential difference. 第1の電位差の第3の設定例を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a third setting example of the first potential difference. 第2の電位差の第1の設定例を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a first setting example of a second potential difference. 第2の電位差の第2の設定例を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a second setting example of a second potential difference. 第2の電位差の第3の設定例を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a third setting example of the second potential difference. 第3の電位差の第1の設定例を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a first setting example of a third potential difference. 第3の電位差の第2の設定例を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a second setting example of a third potential difference. 第3の電位差の第3の設定例を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a third setting example of a third potential difference.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, in the embodiments shown below, when referring to the number, amount, amount, range, etc. of each element, unless it is specifically specified or it is clearly specified to that number in principle, such reference shall be made. The present invention is not limited to this number. Further, the structures, steps, etc. described in the embodiments shown below are not necessarily essential to the present invention, unless specifically specified or clearly specified in principle.

1.システムの構成
図1は、本発明の実施の形態に係る排気浄化システムの構成例を説明する図である。図1に示す排気浄化システム1は、車両に搭載される。排気浄化システム1は、車両の動力源としての内燃機関10を備えている。内燃機関10としては、ディーゼルエンジンおよびガソリンエンジンが例示される。
1. System Configuration FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention. The exhaust gas purification system 1 shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle. The exhaust purification system 1 includes an internal combustion engine 10 as a power source for the vehicle. Examples of the internal combustion engine 10 include a diesel engine and a gasoline engine.

内燃機関10は、排気管20を備えている。排気管20には、内燃機関10からの排気ガスが流れる。排気管20の途中には、触媒装置30が設けられている。触媒装置30は、排気に含まれる有害成分(例えば、炭化水素、一酸化炭素および窒素酸化物。以下、「排気成分」と称す。)を浄化する装置である。触媒装置30は、触媒32と、第1電極34と、第2電極36と、を備えている。 Internal combustion engine 10 includes an exhaust pipe 20 . Exhaust gas from the internal combustion engine 10 flows through the exhaust pipe 20 . A catalyst device 30 is provided in the middle of the exhaust pipe 20. The catalyst device 30 is a device that purifies harmful components (for example, hydrocarbons, carbon monoxide, and nitrogen oxides; hereinafter referred to as "exhaust components") contained in exhaust gas. The catalyst device 30 includes a catalyst 32, a first electrode 34, and a second electrode 36.

触媒32としては、酸化触媒、還元触媒および三元触媒が例示される。酸化触媒は、排気成分の酸化反応を促進する。還元触媒は、排気成分の還元反応を促進する。三元触媒は、酸化反応および還元反応を同時に促進する。第1電極34および第2電極36は、触媒32に取り付けられる。第1電極34および第2電極36の間に電位差が生じると、触媒32の表面付近に電界が付与される。電位差は、第1電極34または第2電極36に対して電圧が印加されることにより生じる。 Examples of the catalyst 32 include an oxidation catalyst, a reduction catalyst, and a three-way catalyst. The oxidation catalyst promotes the oxidation reaction of exhaust components. The reduction catalyst promotes the reduction reaction of exhaust components. Three-way catalysts promote oxidation and reduction reactions simultaneously. A first electrode 34 and a second electrode 36 are attached to the catalyst 32. When a potential difference occurs between the first electrode 34 and the second electrode 36, an electric field is applied near the surface of the catalyst 32. The potential difference is generated by applying a voltage to the first electrode 34 or the second electrode 36.

排気浄化システム1は、更に、電源装置40と、取得装置50と、を備えている。電源装置40は、直流電源42と、制御回路44と、コントローラ46と、を備えている。直流電源42は、100V程度の低圧直流電源である。制御回路44は、第1電極34または第2電極36に対して電圧を印加する。コントローラ46は、少なくとも1つのメモリと、少なくとも1つのプロセッサと、を有するマイクロコンピュータである。コントローラ46は、取得装置50からの信号に基づいて、第1電極34または第2電極36に印加する電圧の指令値(以下、「印加電圧の指令値」と称す。)を制御回路44に出力する。 The exhaust purification system 1 further includes a power supply device 40 and an acquisition device 50. The power supply device 40 includes a DC power supply 42, a control circuit 44, and a controller 46. The DC power supply 42 is a low voltage DC power supply of about 100V. The control circuit 44 applies a voltage to the first electrode 34 or the second electrode 36. Controller 46 is a microcomputer with at least one memory and at least one processor. The controller 46 outputs a voltage command value to be applied to the first electrode 34 or the second electrode 36 (hereinafter referred to as "applied voltage command value") to the control circuit 44 based on the signal from the acquisition device 50. do.

取得装置50は、コントローラ46の入力側に接続されている。取得装置50は、触媒32による排気成分の浄化率と相関を有する物理量(以下、「相関物理量」とも称す。)を取得する。相関物理量としては、排気温度T、排気流量Fおよび排気空燃比λが例示される。排気温度Tは、触媒32に流入する排気の温度である。排気流量Fは、触媒32に流入する排気の流量である。排気空燃比λは、触媒32に流入する排気の空燃比である。取得装置50は、直接的または間接的に相関物理量を取得する。 The acquisition device 50 is connected to the input side of the controller 46 . The acquisition device 50 acquires a physical quantity that has a correlation with the purification rate of exhaust components by the catalyst 32 (hereinafter also referred to as a "correlated physical quantity"). Examples of correlated physical quantities include exhaust temperature T, exhaust flow rate F, and exhaust air-fuel ratio λ. The exhaust gas temperature T is the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst 32. The exhaust flow rate F is the flow rate of exhaust gas flowing into the catalyst 32. The exhaust air-fuel ratio λ is the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 32. The acquisition device 50 acquires correlated physical quantities directly or indirectly.

2.電圧制御の例
本実施の形態において、コントローラ46は、第1、第2または第3の電圧制御を行う。第1の電圧制御は、排気温度Tに基づいて行われる。第2の電圧制御は、排気流量Fに基づいて行われる。第3の電圧制御は、排気空燃比λに基づいて行われる。第1、第2または第3の電圧制御は、コントローラ46のプロセッサがメモリから所定のプログラムを読み出して実行することにより実現される。
2. Example of Voltage Control In this embodiment, the controller 46 performs first, second, or third voltage control. The first voltage control is performed based on the exhaust temperature T. The second voltage control is performed based on the exhaust flow rate F. The third voltage control is performed based on the exhaust air-fuel ratio λ. The first, second, or third voltage control is realized by the processor of the controller 46 reading a predetermined program from the memory and executing it.

2.1 第1の電圧制御
図2は、第1の電圧制御の処理例を説明するフローチャートである。図2に示すルーチンは、内燃機関10の稼働中、所定の制御間隔で実行される。
2.1 First Voltage Control FIG. 2 is a flowchart illustrating a processing example of the first voltage control. The routine shown in FIG. 2 is executed at predetermined control intervals while the internal combustion engine 10 is operating.

図2に示すルーチンでは、まず、排気温度Tが取得される(ステップS10)。続いて、排気温度Tが下限値Tellと上限値Telhの間にあるか否かが判定される(ステップS12)。下限値Tellおよび上限値Telhは、触媒32による排気成分の浄化率に基づいた実験等に基づいて設定された温度である。下限値Tellおよび上限値Telhは、浄化率の下限値Rlまたは上限値Rhに基づいて設定される。下限値Rlおよび上限値Rhは何れも一定値である。 In the routine shown in FIG. 2, first, the exhaust gas temperature T is acquired (step S10). Subsequently, it is determined whether the exhaust gas temperature T is between the lower limit value Tell and the upper limit value Telh (step S12). The lower limit value Tell and the upper limit value Telh are temperatures set based on experiments and the like based on the purification rate of exhaust components by the catalyst 32. The lower limit value Tell and the upper limit value Telh are set based on the lower limit value Rl or the upper limit value Rh of the purification rate. Both the lower limit value Rl and the upper limit value Rh are constant values.

ステップS12の判定結果が否定的な場合、図2に示すルーチンが終了する。つまり、ステップS12の判定結果が否定的な場合、第1の電圧制御が行われない。一方、ステップS12の判定結果が肯定的な場合、印加電圧の指令値V1が出力される(ステップS14)。指令値V1は、第1電極34および第2電極36の間に浄化用の第1の電位差PD(Potential Difference)1を生じさせる電位である。 If the determination result in step S12 is negative, the routine shown in FIG. 2 ends. That is, if the determination result in step S12 is negative, the first voltage control is not performed. On the other hand, if the determination result in step S12 is positive, the command value V1 of the applied voltage is output (step S14). The command value V1 is a potential that generates a first potential difference PD (Potential Difference) 1 for purification between the first electrode 34 and the second electrode 36.

2.2 第2の電圧制御
図3は、第2の電圧制御の処理例を説明するフローチャートである。図3に示すルーチンは、内燃機関10の稼働中、所定の制御間隔で実行される。
2.2 Second Voltage Control FIG. 3 is a flowchart illustrating a processing example of the second voltage control. The routine shown in FIG. 3 is executed at predetermined control intervals while the internal combustion engine 10 is operating.

図3に示すルーチンでは、まず、排気流量Fが取得される(ステップS20)。続いて、排気流量Fが下限値Fellと上限値Felhの間にあるか否かが判定される(ステップS22)。下限値Fellおよび上限値Felhは、触媒32による排気成分の浄化率に基づいた実験等に基づいて設定された温度である。下限値Fellおよび上限値Felhは、下限値Rlまたは上限値Rhに基づいて設定される。 In the routine shown in FIG. 3, first, the exhaust flow rate F is acquired (step S20). Subsequently, it is determined whether the exhaust flow rate F is between the lower limit value Fell and the upper limit value Felh (step S22). The lower limit value Fell and the upper limit value Felh are temperatures set based on experiments and the like based on the purification rate of exhaust components by the catalyst 32. The lower limit value Fell and the upper limit value Felh are set based on the lower limit value Rl or the upper limit value Rh.

ステップS22の判定結果が否定的な場合、図3に示すルーチンが終了する。つまり、ステップS22の判定結果が否定的な場合、第2の電圧制御が行われない。一方、ステップS22の判定結果が肯定的な場合、印加電圧の指令値V2が出力される(ステップS24)。指令値V2は、第1電極34および第2電極36の間に浄化用の第2の電位差PD2を生じさせる電位である。 If the determination result in step S22 is negative, the routine shown in FIG. 3 ends. That is, if the determination result in step S22 is negative, the second voltage control is not performed. On the other hand, if the determination result in step S22 is positive, the command value V2 of the applied voltage is output (step S24). The command value V2 is a potential that generates a second potential difference PD2 for purification between the first electrode 34 and the second electrode 36.

2.3 第3の電圧制御
図4は、第3の電圧制御の処理例を説明するフローチャートである。図4に示すルーチンは、内燃機関10の稼働中、所定の制御間隔で実行される。
2.3 Third Voltage Control FIG. 4 is a flowchart illustrating a processing example of the third voltage control. The routine shown in FIG. 4 is executed at predetermined control intervals while the internal combustion engine 10 is operating.

図4に示すルーチンでは、まず、排気空燃比λが取得される(ステップS30)。続いて、排気空燃比λが下限値λellと上限値λelhの間にあるか否かが判定される(ステップS32)。下限値λellおよび上限値λelhは、触媒32による排気成分の浄化率に基づいた実験等に基づいて設定された温度である。下限値λellおよび上限値λelhは、下限値Rlまたは上限値Rhに基づいて設定される。 In the routine shown in FIG. 4, first, the exhaust air-fuel ratio λ is obtained (step S30). Subsequently, it is determined whether the exhaust air-fuel ratio λ is between the lower limit value λell and the upper limit value λelh (step S32). The lower limit value λell and the upper limit value λelh are temperatures set based on experiments and the like based on the purification rate of exhaust components by the catalyst 32. The lower limit value λell and the upper limit value λelh are set based on the lower limit value Rl or the upper limit value Rh.

ステップS32の判定結果が否定的な場合、図4に示すルーチンが終了する。つまり、ステップS32の判定結果が否定的な場合、第3の電圧制御が行われない。一方、ステップS32の判定結果が肯定的な場合、印加電圧の指令値V3が出力される(ステップS34)。指令値V3は、第1電極34および第2電極36の間に浄化用の第3の電位差PD3を生じさせる電位である。 If the determination result in step S32 is negative, the routine shown in FIG. 4 ends. That is, if the determination result in step S32 is negative, the third voltage control is not performed. On the other hand, if the determination result in step S32 is positive, the command value V3 of the applied voltage is output (step S34). The command value V3 is a potential that generates a third potential difference PD3 for purification between the first electrode 34 and the second electrode 36.

2.4 第1~第3の電圧制御による効果
第1の電圧制御が行われると、第1電極34および第2電極36の間に第1の電位差PD1が生じる。第1の電位差PD1が生じると、第1電極34および第2電極36の間に電界が生じ、排気成分のポテンシャルエネルギが増加する。従って、触媒32による排気成分の浄化反応が促進される。この促進効果は、第2の電位差PD2が生じる第2の電圧制御が行われた場合も期待され、第3の電位差PD3が生じる第3の電圧制御が行われた場合にも期待される。
2.4 Effects of First to Third Voltage Controls When the first voltage control is performed, a first potential difference PD1 is generated between the first electrode 34 and the second electrode 36. When the first potential difference PD1 occurs, an electric field is generated between the first electrode 34 and the second electrode 36, and the potential energy of the exhaust component increases. Therefore, the purification reaction of exhaust components by the catalyst 32 is promoted. This promoting effect is also expected when the second voltage control that produces the second potential difference PD2 is performed, and is also expected when the third voltage control that produces the third potential difference PD3 is performed.

また、第1、第2または第3の電圧制御は、相関物理量がそれぞれの範囲外にある場合行われない。従って、上記促進効果が見込まれないようなときの電圧制御の実行をキャンセルして、電力の無駄遣いを減らすことが可能となる。 Further, the first, second, or third voltage control is not performed when the correlated physical quantity is outside the respective range. Therefore, it is possible to cancel the execution of voltage control when the above-mentioned promotion effect is not expected, thereby reducing wasted power.

3.電圧制御の別の例
本実施の形態において、コントローラ46は、第4、第5または第6の電圧制御を行う。第4、第5および第6の電圧制御は、着目する相関物理量において、第1、第2および第3の電圧制御と共通する。すなわち、第4の電圧制御は、第1の電圧制御と共通する排気温度Tに着目して行われる。第5の電圧制御は、第2の電圧制御と共通する排気流量Fに着目して行われる。第6の電圧制御は、第3の電圧制御と共通する排気空燃比λに着目して行われる。第4、第5または第6の電圧制御は、コントローラ46のプロセッサがメモリから所定のプログラムを読み出して実行することにより実現される。
3. Another example of voltage control In this embodiment, the controller 46 performs fourth, fifth, or sixth voltage control. The fourth, fifth, and sixth voltage controls are common to the first, second, and third voltage controls in the correlated physical quantity of interest. That is, the fourth voltage control is performed by focusing on the exhaust gas temperature T, which is common to the first voltage control. The fifth voltage control is performed by focusing on the exhaust flow rate F, which is common to the second voltage control. The sixth voltage control is performed by focusing on the exhaust air-fuel ratio λ, which is common to the third voltage control. The fourth, fifth, or sixth voltage control is realized by the processor of the controller 46 reading a predetermined program from the memory and executing it.

3.1 第4の電圧制御
第4の電圧制御では、排気温度Tに応じて第1の電位差PD1が設定される。図5は、第1の電位差PD1の第1の設定例を説明する図である。この第1の例では、排気温度Tが上限値Telhのときには第1の電位差PD1がPD11に設定され、下限値Tellのときには第1の電位差PD1がPD12(<PD11)に設定される。また、排気温度Tが上限値Telhと下限値Tellの間のときには、排気温度Tが高くなるほど第1の電位差PD1が小さな値に設定される。
3.1 Fourth Voltage Control In the fourth voltage control, the first potential difference PD1 is set according to the exhaust temperature T. FIG. 5 is a diagram illustrating a first setting example of the first potential difference PD1. In this first example, when the exhaust temperature T is the upper limit value Telh, the first potential difference PD1 is set to PD11, and when the exhaust temperature T is the lower limit value Tell, the first potential difference PD1 is set to PD12 (<PD11). Further, when the exhaust gas temperature T is between the upper limit value Telh and the lower limit value Tell, the first potential difference PD1 is set to a smaller value as the exhaust gas temperature T becomes higher.

相関物理量の定義の際に述べたように、排気温度Tは触媒32による排気成分の浄化率と相関を有する。この理由は、排気成分のポテンシャルエネルギと、排気温度Tの間に相関があるためである。具体的に、排気温度Tが高くなるほど、排気成分のポテンシャルエネルギが増加する。このことから、排気成分の浄化反応の進行に必要な活性化エネルギは、排気温度Tが高くなるほど少ないエネルギで済むことが分かる。第4の電圧制御は、このような関係性に着目したものである。なお、制御回路44に出力される指令値V1は、設定後の第1の電位差PD1に応じて適宜変更される。 As described in the definition of the correlated physical quantities, the exhaust gas temperature T has a correlation with the purification rate of exhaust components by the catalyst 32. The reason for this is that there is a correlation between the potential energy of the exhaust component and the exhaust temperature T. Specifically, the higher the exhaust gas temperature T, the more the potential energy of the exhaust components increases. From this, it can be seen that as the exhaust gas temperature T becomes higher, less activation energy is required for the progress of the purification reaction of the exhaust gas components. The fourth voltage control focuses on such a relationship. Note that the command value V1 output to the control circuit 44 is changed as appropriate depending on the set first potential difference PD1.

図6および7は、第1の電位差PD1の第2および第3の設定例を説明する図である。図5で説明した第1の設定例では、排気温度Tを変数とする1次関数により第1の電位差PD1が表現された。図6に示す第2の設定例では、下に凸の関数により第1の電位差PD1が表現される。図7に示す第3の設定例では、上に凸の関数により第1の電位差PD1が表現される。 6 and 7 are diagrams illustrating second and third setting examples of the first potential difference PD1. In the first setting example described with reference to FIG. 5, the first potential difference PD1 is expressed by a linear function with the exhaust gas temperature T as a variable. In the second setting example shown in FIG. 6, the first potential difference PD1 is expressed by a downwardly convex function. In the third setting example shown in FIG. 7, the first potential difference PD1 is expressed by an upwardly convex function.

3.2 第5の電圧制御
第5の電圧制御では、排気流量Fに応じて第2の電位差PD2が設定される。図8は、第2の電位差PD2の第1の設定例を説明する図である。この第1の例では、排気流量Fが下限値Fellのときには第2の電位差PD2がPD21に設定され、上限値Felhのときには第2の電位差PD2がPD22(>PD21)に設定される。また、排気流量Fが上限値Felhと下限値Fellの間のときには、排気流量Fが少なくなるほど第2の電位差PD2が小さな値に設定される。
3.2 Fifth Voltage Control In the fifth voltage control, the second potential difference PD2 is set according to the exhaust flow rate F. FIG. 8 is a diagram illustrating a first setting example of the second potential difference PD2. In this first example, when the exhaust flow rate F is the lower limit value Fell, the second potential difference PD2 is set to PD21, and when the exhaust flow rate F is the upper limit value Felh, the second potential difference PD2 is set to PD22 (>PD21). Further, when the exhaust flow rate F is between the upper limit value Felh and the lower limit value Fell, the second potential difference PD2 is set to a smaller value as the exhaust flow rate F decreases.

相関物理量の定義の際に述べたように、排気流量Fは触媒32による排気成分の浄化率と相関を有する。この理由は、触媒32の構造体の内部に拡散する排気成分の量と、排気流量Fとの間に相関があるためである。具体的に、排気流量Fが少なくなるほど、触媒32中に拡散する排気成分の量が増加する。この拡散量が増加するということは、触媒32による排気成分の浄化の機会が増えることを意味する。このことから、排気流量Fが少なくなるほど排気成分の浄化反応が進行し易くなることが分かる。第5の電圧制御は、このような関係性に着目したものである。なお、制御回路44に出力される指令値V2は、設定後の第2の電位差PD2に応じて適宜変更される。 As described in the definition of the correlated physical quantities, the exhaust flow rate F has a correlation with the purification rate of exhaust components by the catalyst 32. The reason for this is that there is a correlation between the amount of exhaust components diffused into the structure of the catalyst 32 and the exhaust flow rate F. Specifically, as the exhaust flow rate F decreases, the amount of exhaust components that diffuse into the catalyst 32 increases. An increase in the amount of diffusion means that the opportunity for the catalyst 32 to purify exhaust components increases. From this, it can be seen that the smaller the exhaust flow rate F is, the easier the purification reaction of exhaust components is to proceed. The fifth voltage control focuses on such a relationship. Note that the command value V2 output to the control circuit 44 is changed as appropriate according to the second potential difference PD2 after setting.

図9および10は、第2の電位差PD2の第2および第3の設定例を説明する図である。図8で説明した第1の設定例では、排気流量Fを変数とする1次関数により第2の電位差PD2が表現された。図9に示す第2の設定例では、下に凸の関数により第2の電位差PD2が表現される。図10に示す第3の設定例では、上に凸の関数により第2の電位差PD2が表現される。 9 and 10 are diagrams illustrating second and third setting examples of the second potential difference PD2. In the first setting example described with reference to FIG. 8, the second potential difference PD2 is expressed by a linear function with the exhaust flow rate F as a variable. In the second setting example shown in FIG. 9, the second potential difference PD2 is expressed by a downwardly convex function. In the third setting example shown in FIG. 10, the second potential difference PD2 is expressed by an upwardly convex function.

3.3 第6の電圧制御
第6の電圧制御では、排気空燃比λに応じて第3の電位差PD3が設定される。図11は、第3の電位差PD3の第1の設定例を説明する図である。この第1の例では、排気空燃比λが所定空燃比λrのときには第3の電位差PD3がPD31に設定される。また、排気空燃比λが上限値λelhおよび下限値λellのときには、何れも、第3の電位差PD3がPD32(>PD31)に設定される。なお、上限値λelhにおける第3の電位差PD3と、下限値λellにおけるそれとが異なる値に設定されてもよい。
3.3 Sixth Voltage Control In the sixth voltage control, the third potential difference PD3 is set according to the exhaust air-fuel ratio λ. FIG. 11 is a diagram illustrating a first setting example of the third potential difference PD3. In this first example, when the exhaust air-fuel ratio λ is the predetermined air-fuel ratio λr, the third potential difference PD3 is set to PD31. Further, when the exhaust air-fuel ratio λ is the upper limit value λelh and the lower limit value λell, the third potential difference PD3 is set to PD32 (>PD31). Note that the third potential difference PD3 at the upper limit value λelh and that at the lower limit value λell may be set to different values.

また、排気空燃比λが所定空燃比λrと上限値λelhの間のときには、排気空燃比λが小さくなるほど第3の電位差PD3が小さな値に設定される。排気空燃比λが所定空燃比λrと下限値λellの間のときには、排気空燃比λが大きくなるほど第3の電位差PD3が小さな値に設定される。なお、所定空燃比λrは一定値が設定されてもよいし、着目する排気成分に応じた値が個別に設定されてもよい。 Further, when the exhaust air-fuel ratio λ is between the predetermined air-fuel ratio λr and the upper limit value λelh, the third potential difference PD3 is set to a smaller value as the exhaust air-fuel ratio λ becomes smaller. When the exhaust air-fuel ratio λ is between the predetermined air-fuel ratio λr and the lower limit value λell, the third potential difference PD3 is set to a smaller value as the exhaust air-fuel ratio λ becomes larger. Note that the predetermined air-fuel ratio λr may be set to a constant value, or may be individually set to a value depending on the exhaust component of interest.

相関物理量の定義の際に述べたように、排気空燃比λは触媒32による排気成分の浄化率と相関を有する。この理由は、排気空燃比λが所定空燃比λrに近づくほど、排気成分の浄化反応が進行し易くなる反応条件が整うためである。このことから、排気空燃比λと所定空燃比λrの差が小さくなるほど、排気成分の浄化反応が進行し易くなることが分かる。第6の電圧制御は、このような関係性に着目したものである。なお、制御回路44に出力される指令値V3は、設定後の第3の電位差PD3に応じて適宜変更される。 As described in the definition of the correlated physical quantity, the exhaust air-fuel ratio λ has a correlation with the purification rate of exhaust components by the catalyst 32. The reason for this is that the closer the exhaust air-fuel ratio λ is to the predetermined air-fuel ratio λr, the better the reaction conditions are for the purification reaction of exhaust components to proceed more easily. From this, it can be seen that the smaller the difference between the exhaust air-fuel ratio λ and the predetermined air-fuel ratio λr, the easier the purification reaction of the exhaust components will proceed. The sixth voltage control focuses on such a relationship. Note that the command value V3 output to the control circuit 44 is appropriately changed according to the third potential difference PD3 after setting.

図12および13は、第3の電位差PD3の第2および第3の設定例を説明する図である。図11で説明した第1の設定例では、排気空燃比λを変数とする1次関数により第3の電位差PD3が表現された。図12に示す第2の設定例では、所定空燃比λrを境とする下に凸の2種類の関数により第3の電位差PD3が表現される。図13に示す第3の設定例では、所定空燃比λrを境とする上に凸の関数により第3の電位差PD3が表現される。 FIGS. 12 and 13 are diagrams illustrating second and third setting examples of the third potential difference PD3. In the first setting example described with reference to FIG. 11, the third potential difference PD3 is expressed by a linear function using the exhaust air-fuel ratio λ as a variable. In the second setting example shown in FIG. 12, the third potential difference PD3 is expressed by two types of downwardly convex functions with the predetermined air-fuel ratio λr as the boundary. In the third setting example shown in FIG. 13, the third potential difference PD3 is expressed by an upwardly convex function with the predetermined air-fuel ratio λr as the boundary.

3.4 第4~第6の電圧制御による効果
第4の電圧制御が行われると、排気温度Tが高くなるほど第1の電位差PD1が小さな値に設定される。第5の電圧制御が行われると、排気流量Fが少なくなるほど第2の電位差PD2が小さな値に設定される。第6の電圧制御が行われると、排気空燃比λが所定空燃比λrに近づくほど、第3の電位差PD3が小さな値に設定される。つまり、何れの電圧制御が行われる場合であっても、排気成分の浄化反応が進行し易くなる状況下で、浄化用の電位差が小さな値に設定される。浄化用の電位差が小さな値に設定されるということは、同電位差が一定値に設定される場合に比べて電力の消費量が少なくなる。従って、電圧制御の実行に伴う電力の消費量を減らすことが可能になる。
3.4 Effects of Fourth to Sixth Voltage Controls When the fourth voltage control is performed, the first potential difference PD1 is set to a smaller value as the exhaust gas temperature T becomes higher. When the fifth voltage control is performed, the second potential difference PD2 is set to a smaller value as the exhaust flow rate F decreases. When the sixth voltage control is performed, the third potential difference PD3 is set to a smaller value as the exhaust air-fuel ratio λ approaches the predetermined air-fuel ratio λr. In other words, no matter which voltage control is performed, the potential difference for purification is set to a small value under conditions in which the purification reaction of exhaust components is likely to proceed. The fact that the potential difference for purification is set to a small value means that the amount of power consumed is less than when the same potential difference is set to a constant value. Therefore, it becomes possible to reduce power consumption associated with execution of voltage control.

1 排気浄化システム
10 内燃機関
20 排気管
30 触媒装置
32 触媒
34 第1電極
36 第2電極
40 電源装置
42 直流電源
44 制御回路
46 コントローラ
50 取得装置
1 Exhaust purification system 10 Internal combustion engine 20 Exhaust pipe 30 Catalyst device 32 Catalyst 34 First electrode 36 Second electrode 40 Power supply device 42 DC power supply 44 Control circuit 46 Controller 50 Acquisition device

Claims (1)

内燃機関の排気管に設けられた浄化用触媒と、
前記浄化用触媒に設けられた第1および第2電極と、
前記浄化用触媒に流入する排気温度を取得する取得装置と、
前記第1および第2電極の間に浄化用電位差を生じさせて前記浄化用触媒の表面付近に電界が付与されるように前記第1または第2電極に対して電圧を印加する電圧制御を行う電源装置と、
を備え、
前記電源装置は、前記電圧制御において、
前記排気温度が、前記浄化用触媒による排気成分の浄化率の下限値または上限値に基づいて設定された温度下限値と温度上限値の間にない場合、前記第1または第2電極に印加する電圧の指令値をゼロに設定し、
前記排気温度が前記温度下限値と前記温度上限値の間にある場合、前記排気温度が高くなるほど前記浄化用電位差が小さくなるように前記第1または第2電極に印加する電圧の指令値を設定する
ことを特徴とする排気浄化システム。
A purification catalyst installed in the exhaust pipe of an internal combustion engine,
first and second electrodes provided on the purification catalyst;
an acquisition device that acquires the temperature of the exhaust gas flowing into the purification catalyst ;
Voltage control is performed to apply a voltage to the first or second electrode so that a purification potential difference is generated between the first and second electrodes and an electric field is applied near the surface of the purification catalyst. a power supply;
Equipped with
In the voltage control , the power supply device includes :
When the exhaust gas temperature is not between the lower temperature limit and the upper temperature limit set based on the lower limit or upper limit of the purification rate of exhaust components by the purification catalyst, the voltage is applied to the first or second electrode. Set the voltage command value to zero,
When the exhaust gas temperature is between the temperature lower limit value and the temperature upper limit value, a command value of the voltage to be applied to the first or second electrode is set such that the purification potential difference becomes smaller as the exhaust gas temperature increases. do
An exhaust purification system characterized by:
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