JP4986877B2 - Exhaust purification device and exhaust purification method - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関から排出される排ガスを浄化する排気浄化装置及び排気浄化方法に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device and an exhaust purification method for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine.
従来、内燃機関の排気通路に、三元触媒(TWC)、NOx吸蔵還元触媒(LNT)、又はNOx吸着還元触媒(LNC)といったNOx浄化触媒を設けることで、排気ガスの浄化が行われている。しかし、内燃機関の始動直後のようにNOx浄化触媒(とりわけLNT)が活性化されていない間、NOxが充分に除去されず、大気へ排出されてしまう。 Conventionally, exhaust gas purification is performed by providing a NOx purification catalyst such as a three-way catalyst (TWC), a NOx storage reduction catalyst (LNT), or a NOx adsorption reduction catalyst (LNC) in the exhaust passage of an internal combustion engine. . However, while the NOx purification catalyst (particularly LNT) is not activated as immediately after the start of the internal combustion engine, NOx is not sufficiently removed and discharged to the atmosphere.
そこで、特許文献1には、内燃機関の始動直後、燃料改質器で燃料から製造される還元性気体をNOx浄化触媒の上流に供給するとともに、NOx浄化触媒に導入される排気をリッチ条件にする技術が開示されている。これにより、NOx浄化触媒の浄化性能が向上するため、内燃機関の始動直後から排気ガスを充分に浄化できることが期待される。 Therefore, in Patent Document 1, immediately after the internal combustion engine is started, reducing gas produced from fuel by a fuel reformer is supplied upstream of the NOx purification catalyst, and exhaust gas introduced into the NOx purification catalyst is set to a rich condition. Techniques to do this are disclosed. Thereby, since the purification performance of the NOx purification catalyst is improved, it is expected that the exhaust gas can be sufficiently purified immediately after the start of the internal combustion engine.
しかし、燃料(とりわけ軽油)の改質反応は、800〜1000℃程度の高温条件を必要とする。このため、特許文献1に示される技術では、かかる高温条件に燃料改質器内の改質触媒が達するまでの間、燃料から気化した炭化水素が燃料改質器から放出され、大気へと排出されてしまう。 However, the reforming reaction of fuel (especially light oil) requires high temperature conditions of about 800 to 1000 ° C. For this reason, in the technique disclosed in Patent Document 1, hydrocarbons vaporized from the fuel are released from the fuel reformer and discharged to the atmosphere until the reforming catalyst in the fuel reformer reaches such a high temperature condition. Will be.
そこで、特許文献2には、燃料改質器内の改質触媒に供給される燃料を、ヒータが設けられた酸化触媒や、バーナで予め昇温する技術が開示されている。この技術によれば、改質触媒に昇温された燃料が供給されるため、燃料改質器内の改質触媒が高温条件に達するまでの時間を短縮できる。
しかし、特許文献2に示される技術では、酸化触媒やバーナの温度が充分に上昇するまでの間、有機可溶性成分(SOF)や炭化水素(HC)を主成分とする白煙が大量に発生し、燃料改質器から放出され、大気へと排出されてしまう。また、昇温速度を上昇するべく、ヒータやバーナの出力を増加することも考えられるが、大幅な燃費の低下が不可避になる。
However, in the technique disclosed in
本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、燃費を維持しつつ低温条件下における排気ガスの浄化性能を向上できる排気浄化装置及び排気浄化方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an exhaust purification device and an exhaust purification method capable of improving exhaust gas purification performance under low temperature conditions while maintaining fuel efficiency.
本発明者らは、白煙を吸気通路に戻し、内燃機関にて燃焼させることで、NOx浄化触媒に供給されるガス中への白煙及び炭化水素の混入が抑制されることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。 The inventors have found that white smoke is returned to the intake passage and burned in the internal combustion engine, thereby suppressing white smoke and hydrocarbons from being mixed into the gas supplied to the NOx purification catalyst. The invention has been completed. Specifically, the present invention provides the following.
(1) 内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化装置であって、
前記内燃機関の吸気通路に設けられ、吸気圧を調節可能なスロットル弁と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のNOxを吸着及び吸蔵するNOx浄化触媒と、
前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質する改質触媒を有する燃料改質器と、
前記燃料改質器から放出される放出ガスを前記内燃機関に供給する供給手段と、を備え、
前記供給手段は、前記燃料改質器を前記排気通路における前記NOx浄化触媒よりも上流側の位置に連通する供給路と、前記燃料改質器を前記吸気通路における前記スロットル弁よりも下流側の位置に連通する回復路と、を有し、前記供給路及び/又は前記回復路を通じて、前記放出ガスが前記内燃機関に供給される排気浄化装置。
(1) An exhaust purification device that purifies exhaust discharged from an internal combustion engine,
A throttle valve provided in the intake passage of the internal combustion engine and capable of adjusting the intake pressure;
A NOx purification catalyst that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and that adsorbs and stores NOx in the exhaust;
A fuel reformer provided separately from the exhaust passage and having a reforming catalyst for reforming fuel;
A supply means for supplying the internal combustion engine with a discharge gas discharged from the fuel reformer,
The supply means includes a supply path communicating the fuel reformer to a position upstream of the NOx purification catalyst in the exhaust passage, and the fuel reformer downstream of the throttle valve in the intake passage. And an exhaust purification device in which the exhaust gas is supplied to the internal combustion engine through the supply path and / or the recovery path.
(1)の発明によれば、供給路を設けたので、NOx浄化触媒よりも上流側に放出ガスが供給され、放出ガス中の還元性気体を用いたNOx浄化触媒によるNOxの除去が促進される。
しかも、回復路を設けたので、放出ガスは吸気通路にも供給され、やがて内燃機関に導入される。このため、低温条件下に改質触媒を大出力で昇温しない等のために、放出ガスに白煙成分が含まれたとしても、かかる白煙成分の少なくとも一部は内燃機関で燃焼されるため、排気ガスへの混入量が低減する。
従って、燃費を維持しつつ低温条件下における排気ガスの浄化性能を向上できる。
According to the invention of (1), since the supply path is provided, the release gas is supplied upstream of the NOx purification catalyst, and the removal of NOx by the NOx purification catalyst using the reducing gas in the release gas is promoted. The
In addition, since the recovery path is provided, the released gas is also supplied to the intake passage and is eventually introduced into the internal combustion engine. For this reason, even if a white smoke component is included in the emitted gas in order not to raise the temperature of the reforming catalyst at a high output under low temperature conditions, at least a part of the white smoke component is burned in the internal combustion engine. For this reason, the amount mixed into the exhaust gas is reduced.
Accordingly, it is possible to improve the exhaust gas purification performance under low temperature conditions while maintaining fuel efficiency.
また、燃料改質器をスロットル弁の下流に連通したので、スロットル弁の開度を減少させると、スロットル弁の下流及び燃料改質器の差圧が拡大する。これにより、燃料改質器側で過度に昇圧しなくとも充分な差圧が得られ、白煙成分を含む放出ガスが吸気通路に供給される。よって、燃料改質器側の昇圧手段(例えば、コンプレッサ、ポンプ)を小型化でき、設計の自由度を向上できる。 Further, since the fuel reformer communicates with the downstream of the throttle valve, when the throttle valve opening is decreased, the differential pressure between the downstream of the throttle valve and the fuel reformer increases. As a result, a sufficient differential pressure can be obtained without excessive pressure increase on the fuel reformer side, and the exhaust gas containing the white smoke component is supplied to the intake passage. Therefore, the boosting means (for example, compressor, pump) on the fuel reformer side can be reduced in size, and the degree of design freedom can be improved.
なお、「NOx浄化触媒よりも上流側」とは、少なくとも1個のNOx浄化触媒よりも上流側であることを意味し、NOx浄化触媒が複数個設置されている場合に、必ずしも全NOx浄化触媒の上流側であることを意味するものではない。 Note that “upstream side of the NOx purification catalyst” means that it is upstream side of at least one NOx purification catalyst. When a plurality of NOx purification catalysts are installed, all the NOx purification catalysts are not necessarily present. It does not mean that it is upstream.
また、本明細書における「白煙」とは、燃料由来の有機可溶成分(SOF)や炭化水素(HC)が過度に存在する気体を指す。有機可溶成分(SOF)や炭化水素(HC)の濃度によっては、白煙が目視できない場合もあるが、かかる気体も「白煙」に包含される。 In addition, “white smoke” in the present specification refers to a gas in which an organic soluble component (SOF) derived from fuel or hydrocarbon (HC) is excessively present. Depending on the concentration of organic soluble component (SOF) and hydrocarbon (HC), white smoke may not be visible, but such gas is also included in “white smoke”.
(2) 前記供給手段は、前記供給路及び前記回復路の各々を流通する前記放出ガスの流量割合を調節する流量割合調節手段を更に有する(1)記載の排気浄化装置。 (2) The exhaust emission control device according to (1), wherein the supply unit further includes a flow rate ratio adjusting unit that adjusts a flow rate ratio of the emitted gas flowing through each of the supply path and the recovery path.
(2)の発明によれば、供給路及び回復路の各々を流通する放出ガスの流量割合を調節できるので、種々の条件に応じて、NOx浄化触媒でのNOx除去及び内燃機関での燃焼の優先度を変更できる。例えば、低温条件下のように放出ガスに含まれる白煙成分量が多い場合には、回復路の流量割合を増加させて白煙成分を燃焼させ、白煙成分量が少ない場合には、供給路の流量割合を増加させNOxを除去してもよい。 According to the invention of (2), since the flow rate ratio of the released gas flowing through each of the supply path and the recovery path can be adjusted, the NOx removal by the NOx purification catalyst and the combustion in the internal combustion engine can be controlled according to various conditions. You can change the priority. For example, when the amount of white smoke component contained in the released gas is large as in low temperature conditions, increase the flow rate of the recovery path to burn the white smoke component, and supply when the amount of white smoke component is small The flow rate of the path may be increased to remove NOx.
(3) 前記流量割合調節手段を制御する流量割合制御手段を更に備え、
前記流量割合制御手段は、前記放出ガスにおける白煙成分量が許容量を超える非許容条件下では、前記放出ガスにおける白煙成分量が許容量以下である許容条件下よりも、前記回復路の流量割合を増加させる(2)記載の排気浄化装置。
(3) further comprising a flow rate ratio control means for controlling the flow rate ratio adjusting means;
The flow rate ratio control means is configured so that, under a non-permissible condition in which the amount of white smoke component in the emitted gas exceeds an allowable amount, the amount of white smoke component in the emitted gas is less than an allowable amount, and in the recovery path. The exhaust emission control device according to (2), wherein the flow rate ratio is increased.
(3)の発明によれば、低温条件のような非許容条件下では、回復路の流量割合が許容条件下よりも増加し、白煙成分が内燃機関で燃焼される傾向が強まる。これにより、許容量を超える白煙成分量が大気へ排出されることがより抑制される。
また、許容条件下になると、回復路の流量割合が非許容条件下よりも減少し、還元性気体に富む放出ガスがNOx浄化触媒に供給されて、NOxの除去が促進される傾向が強まる。
このように、放出ガスの状態に応じて、放出ガスが供給される箇所が適切に選択されるので、排気ガスの浄化性能をより向上できる。
According to the invention of (3), under a non-permissive condition such as a low temperature condition, the flow rate ratio of the recovery path increases as compared with the permissible condition, and the tendency that the white smoke component is burned in the internal combustion engine is increased. Thereby, it is suppressed more that the amount of white smoke components exceeding an allowable amount is discharged to the atmosphere.
In addition, when the permissible condition is reached, the flow rate of the recovery path is reduced as compared with the non-permissible condition, and the release gas rich in reducing gas is supplied to the NOx purification catalyst, and the tendency to promote the removal of NOx increases.
Thus, since the location where the release gas is supplied is appropriately selected according to the state of the release gas, the exhaust gas purification performance can be further improved.
(4) 前記改質触媒の温度、前記放出ガスの空燃比、及び前記放出ガスの組成からなる群より選ばれる1種以上を検出する検出手段を更に備え、
前記流量割合制御手段は、前記検出手段による検出値に基づいて、前記非許容条件又は前記許容条件のいずれかを選択する条件選択手段を有する(3)記載の排気浄化装置。
(4) It further comprises detection means for detecting at least one selected from the group consisting of the temperature of the reforming catalyst, the air-fuel ratio of the released gas, and the composition of the released gas,
The exhaust gas purification apparatus according to (3), wherein the flow rate ratio control unit includes a condition selection unit that selects either the non-permissible condition or the permissible condition based on a value detected by the detection unit.
放出ガスにおける白煙発生の程度を直接検出することは、技術的に困難である。また、内燃機関の始動後の経過時間に基づいて、放出ガスにおける白煙発生の程度を推測することも考えられるが、極低温始動時のような場合には、許容条件及び非許容条件の判定精度が極度に悪くなる。
そこで(4)の発明によれば、改質触媒の温度、放出ガスの空燃比、及び放出ガスの組成といった容易に検出可能なパラメータを採用したので、容易且つ正確に許容条件及び非許容条件が判定される。これにより、放出ガスが供給される箇所が高精度且つ適切に選択されるので、排気ガスの浄化性能をより向上できる。
It is technically difficult to directly detect the degree of white smoke generation in the emitted gas. It is also conceivable to estimate the degree of white smoke generation in the emitted gas based on the elapsed time after the start of the internal combustion engine, but in the case of a cryogenic start, determination of allowable conditions and non-permissible conditions The accuracy is extremely poor.
Therefore, according to the invention of (4), since easily detectable parameters such as the temperature of the reforming catalyst, the air-fuel ratio of the released gas, and the composition of the released gas are adopted, allowable conditions and non-allowable conditions can be easily and accurately set. Determined. Thereby, since the location to which the released gas is supplied is selected with high accuracy and appropriateness, the exhaust gas purification performance can be further improved.
(5) 前記吸気通路を流通する吸気の空燃比(吸気空燃比)を所定値以上に制御する吸気空燃比制御手段を更に備え、前記吸気の自己着火が抑制される(1)から(4)いずれか記載の排気浄化装置。 (5) The system further comprises intake air / fuel ratio control means for controlling the air / fuel ratio (intake air / fuel ratio) of the intake air flowing through the intake passage to a predetermined value or more, and self-ignition of the intake air is suppressed (1) to (4) Any one of the exhaust gas purification apparatuses.
吸気通路に供給される白煙成分量が過多、即ち吸気空燃比が過少になると、吸気の自己着火が生じ、NVHやドライバビリティが悪化するおそれがある。
そこで(5)の発明によれば、吸気空燃比が所定値以上に制御されるので、吸気の自己着火が抑制され、NVHやドライバビリティを向上できる。
If the amount of white smoke component supplied to the intake passage is excessive, that is, if the intake air-fuel ratio is too low, intake air self-ignition may occur and NVH and drivability may deteriorate.
Therefore, according to the invention of (5), since the intake air-fuel ratio is controlled to a predetermined value or higher, the self-ignition of intake air is suppressed, and NVH and drivability can be improved.
(6) 前記所定値は、予め設定された値である(5)記載の排気浄化装置。 (6) The exhaust emission control device according to (5), wherein the predetermined value is a preset value.
(6)の発明によれば、温度、圧力、湿度、グローヒータの有無等といった種々の環境条件の変動や、各構成部品のばらつきを考慮して、吸気の自己着火の確率が充分に低い値を所定値とすることで、吸気の自己着火の発生を高確率で予防できる。 According to the invention of (6), taking into account variations in various environmental conditions such as temperature, pressure, humidity, presence / absence of a glow heater, and variations in each component, the value of the self-ignition probability of intake air is sufficiently low. By setting the predetermined value, it is possible to prevent the occurrence of self-ignition of intake air with a high probability.
これにより、自己着火を検知する手段を設ける必要性が低下し、かかる手段を設けない場合にはコストを削減できる。 Thereby, the necessity for providing a means for detecting self-ignition is reduced, and the cost can be reduced when such means is not provided.
(7) 前記吸気の自己着火を検知する自己着火検知手段を更に備え、
前記吸気空燃比制御手段は、前記自己着火検知手段で自己着火が検知された場合に、前記吸気空燃比を増加する吸気空燃比修正手段を有する(5)又は(6)記載の排気浄化装置。
(7) It further comprises self-ignition detecting means for detecting self-ignition of the intake air,
The exhaust air purification apparatus according to (5) or (6), wherein the intake air / fuel ratio control means includes intake air / fuel ratio correction means for increasing the intake air / fuel ratio when self-ignition is detected by the self-ignition detection means.
温度、圧力、湿度、グローヒータの有無等といった種々の環境条件の変動や、各構成部品のばらつきのため、吸気が自己着火する際の吸気空燃比は一定せず、自己着火を完全に防止することは困難である。
(7)の発明によれば、吸気の自己着火が生じた場合であっても、自己着火検知手段で自己着火が検知され、この検知に応じて吸気空燃比が増加され、自己着火が解消される。よって、NVHやドライバビリティをより向上できる。
Due to fluctuations in various environmental conditions such as temperature, pressure, humidity, presence / absence of glow heater, and variations in each component, the intake air-fuel ratio when intake air self-ignites is not constant, and self-ignition is completely prevented It is difficult.
According to the invention of (7), even when the self-ignition of the intake air occurs, the self-ignition detection means detects the self-ignition, and the intake air-fuel ratio is increased in response to the detection, and the self-ignition is eliminated. The Therefore, NVH and drivability can be further improved.
このように自己着火はたとえ生じても解消されるので、上記の環境条件や各構成部品のばらつきといった多岐にわたる要因を考慮し、自己着火が予防されるよう吸気空燃比を適合させる複雑な作業の必要性が低下する。 In this way, even if self-ignition occurs, it can be eliminated, so considering various factors such as the above environmental conditions and variations in each component, it is necessary to consider the complicated work of adapting the intake air-fuel ratio to prevent self-ignition. The need is reduced.
(8) 前記吸気空燃比制御手段は、前記スロットル弁の開度を調節する開度調節手段を有し、
前記開度調節手段は、前記スロットル弁の開度の増減を介して、前記吸気空燃比を増減する(5)から(7)いずれか記載の排気浄化装置。
(8) The intake air-fuel ratio control means includes an opening degree adjusting means for adjusting the opening degree of the throttle valve,
The exhaust emission control device according to any one of (5) to (7), wherein the opening degree adjusting means increases or decreases the intake air-fuel ratio through increase or decrease of the opening degree of the throttle valve.
(8)の発明によれば、スロットル弁の開度を調節するだけで、スロットル弁の下流及び燃料改質器の差圧が増減し、吸気通路への放出ガスの供給量が変動して、吸気空燃比が増減する。よって、NVHやドライバビリティを向上しつつも、燃料改質器側の昇圧手段(例えば、コンプレッサ、ポンプ)の負担を軽減でき、設計の自由度を向上できる。 According to the invention of (8), just by adjusting the opening of the throttle valve, the differential pressure between the downstream of the throttle valve and the fuel reformer increases and decreases, and the supply amount of the released gas to the intake passage varies. The intake air fuel ratio increases or decreases. Therefore, while improving NVH and drivability, the burden of the pressure | voltage rise means (for example, a compressor, a pump) by the side of a fuel reformer can be reduced, and the freedom degree of design can be improved.
(9) 吸気通路に設けられ、吸気圧を調節可能なスロットル弁と、
排気通路に設けられ、排気中のNOxを吸着及び吸蔵するNOx浄化触媒と、
前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質する改質触媒を有する燃料改質器と、を備える内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化方法であって、
前記燃料改質器から放出される放出ガスに含有される白煙成分を、前記吸気通路における前記スロットル弁よりも下流側の位置に供給する排気浄化方法。
(9) a throttle valve provided in the intake passage and capable of adjusting the intake pressure;
A NOx purification catalyst provided in the exhaust passage for adsorbing and storing NOx in the exhaust;
An exhaust purification method for purifying exhaust discharged from an internal combustion engine, comprising a fuel reformer provided separately from the exhaust passage and having a reforming catalyst for reforming fuel,
An exhaust purification method for supplying a white smoke component contained in an exhaust gas discharged from the fuel reformer to a position downstream of the throttle valve in the intake passage.
本発明によれば、供給路を設けたので、NOx浄化触媒よりも上流側に放出ガスが供給され、放出ガス中の還元性気体を用いたNOx浄化触媒によるNOxの除去が促進される。
しかも、回復路を設けたので、放出ガスは吸気通路にも供給され、やがて内燃機関に導入される。このため、低温条件下に改質触媒を大出力で昇温しない等のために、放出ガスに白煙成分が含まれたとしても、かかる白煙成分の少なくとも一部は内燃機関で燃焼されるため、排気ガスへの混入量が低減する。
従って、燃費を維持しつつ低温条件下における排気ガスの浄化性能を向上できる。
According to the present invention, since the supply path is provided, the release gas is supplied upstream of the NOx purification catalyst, and the removal of NOx by the NOx purification catalyst using the reducing gas in the release gas is promoted.
In addition, since the recovery path is provided, the released gas is also supplied to the intake passage and is eventually introduced into the internal combustion engine. For this reason, even if a white smoke component is included in the emitted gas in order not to raise the temperature of the reforming catalyst at a high output under low temperature conditions, at least a part of the white smoke component is burned in the internal combustion engine. For this reason, the amount mixed into the exhaust gas is reduced.
Accordingly, it is possible to improve the exhaust gas purification performance under low temperature conditions while maintaining fuel efficiency.
また、燃料改質器をスロットル弁の下流に連通したので、スロットル弁の開度を減少させると、スロットル弁の下流及び燃料改質器の差圧が拡大する。これにより、燃料改質器側で過度に昇圧しなくとも充分な差圧が得られ、白煙成分を含む放出ガスが吸気通路に供給される。よって、燃料改質器側の昇圧手段(例えば、コンプレッサ、ポンプ)を小型化でき、設計の自由度を向上できる。 Further, since the fuel reformer communicates with the downstream of the throttle valve, when the throttle valve opening is decreased, the differential pressure between the downstream of the throttle valve and the fuel reformer increases. As a result, a sufficient differential pressure can be obtained without excessive pressure increase on the fuel reformer side, and the exhaust gas containing the white smoke component is supplied to the intake passage. Therefore, the boosting means (for example, compressor, pump) on the fuel reformer side can be reduced in size, and the degree of design freedom can be improved.
図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関及び排気浄化装置の構成を示す図である。本実施形態における内燃機関(以下「エンジン」という)1は、燃焼室内に燃料を直接噴射し、圧縮着火によりこの燃料を燃焼するディーゼルエンジンであり、燃料として軽油が用いられる。また、各気筒7の燃焼室には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)40により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間、即ち燃料噴射量及び燃料噴射時期等は、ECU40により制御される。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine and an exhaust purification device according to an embodiment of the present invention. An internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 in the present embodiment is a diesel engine that directly injects fuel into a combustion chamber and burns the fuel by compression ignition, and uses light oil as the fuel. A fuel injection valve (not shown) is provided in the combustion chamber of each cylinder 7. These fuel injection valves are electrically connected by an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 40, and the valve opening time and valve closing time of the fuel injection valve, that is, the fuel injection amount and the fuel injection timing are determined by the
<内燃機関>
エンジン1には、吸気が流通する吸気通路としての吸気管2と、排気が流通する排気通路としての排気管4と、排気管4内の排気の一部を吸気管2に還流する排気還流通路6と、吸気管2に吸気を圧送する過給機8とが設けられている。
<Internal combustion engine>
The engine 1 includes an
吸気管2は、吸気マニホールド3の複数の分岐部を介してエンジン1の各気筒7の吸気ポートに接続されている。排気管4は、排気マニホールド5の複数の分岐部を介してエンジン1の各気筒7の排気ポートに接続されている。排気還流通路6は、排気マニホールド5から分岐し吸気マニホールド3に至る。
The
過給機8は、排気管4に設けられた図示しないタービンと、吸気管2に設けられた図示しないコンプレッサと、を備える。タービンは、排気管4を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサは、タービンにより回転駆動され、吸気を加圧し吸気管2内へ圧送する。また、タービンは、図示しない複数の可変ベーンを備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数(回転速度)を変更できるように構成されている。タービンのベーン開度は、ECU40により電磁的に制御される。
The supercharger 8 includes a turbine (not shown) provided in the exhaust pipe 4 and a compressor (not shown) provided in the
吸気管2のうち過給機8の上流側には、図示しないエアクリーナケースが設けられており、このエアクリーナケースを通過した外気が過給機8へと吸入される。また、吸気管2のうち過給機8の下流側には、過給機8により加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ11、及び過給機8よりも下流側における吸気管2の内圧を調節するためのスロットル弁26が設けられている。このスロットル弁26は、アクチュエータを介してECU40に接続されており、その開度はECU40により電磁的に制御される。このように、EGU40は、開度調節手段を構成する。
An air cleaner case (not shown) is provided on the upstream side of the supercharger 8 in the
排気還流通路6は、排気マニホールド5と吸気マニホールド3とを接続し、エンジン1から排出された排気の一部を還流する。排気還流通路6には、還流される排気を冷却するEGRクーラ12と、還流する排気の流量を制御するEGR弁13と、が設けられている。EGR弁13は、図示しないアクチュエータを介してECU40に接続されており、その開度はECU40により電磁的に制御される。
The exhaust
<NOx浄化触媒>
排気管4には、第1触媒コンバータ31と、DPF32と、第2触媒コンバータ33と、が上流側からこの順で設けられている。なお、これらの部材の個数及び順序は適宜設定されてよい。例えば、触媒コンバータをDPFと別体で設けることなく、同様の酸化機能を有する触媒をDPFに担持してもよい。これにより、上記実施形態と同様の効果に加えて、排気浄化装置を小型化できる。
<NOx purification catalyst>
The exhaust pipe 4 is provided with a first
本実施形態における第1触媒コンバータ31は三元触媒(TWC)を備え、このTWCは、排気に含まれる軽質の炭化水素等の触媒燃焼反応における貴金属活性種としてのロジウム(Rh)と、酸素貯蔵能力を有するセリア(CeO2)とを含む。このような第1触媒コンバータ31に排気が供給されると、排気温度が低い状態であっても速やかに温度を上昇させることができる。また、セリアを含むことにより、急激な酸素濃度変化等においても安定した触媒作用を発揮することができる。
The first
本実施形態では、第1触媒コンバータ31として、白金(Pt)を2.4(g/L)と、ロジウムを1.2(g/L)と、パラジウム(Pd)を6.0(g/L)と、セリアを50(g/L)と、アルミナ(Al2O3)を150(g/L)と、バインダーを10と、を水系媒体とともにボールミルで撹拌し混合することでスラリーを製造し、このスラリーをFe−Cr−Al合金製担体にコーティングした後、これを600℃で2時間に亘り乾燥し焼成して調製されたものを用いる。
In the present embodiment, as the first
DPF32は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とするPMを、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、炭化珪素(SiC)等のセラミックスや金属多孔体が使用される。
When the exhaust gas passes through fine holes in the filter wall, the
本実施形態における第2触媒コンバータ33は、NOx吸着還元触媒(LNC)であり、具体的にはアルミナ(Al2O3)、セリア(CeO2)、及びセリウムと希土類の複合酸化物(以下、「セリア系複合酸化物」という)の担体に担持された、触媒として作用する白金(Pt)と、NOx吸着能力を有するセリアもしくはセリア系複合酸化物と、触媒に生成されたアンモニア(NH3)を、アンモニウムイオン(NH4 +)として保持する機能を有するゼオライトとを備える。 The second catalytic converter 33 in the present embodiment is a NOx adsorption reduction catalyst (LNC), specifically, alumina (Al 2 O 3 ), ceria (CeO 2 ), and a complex oxide of cerium and rare earth (hereinafter referred to as “the following oxides”). Platinum (Pt) acting as a catalyst, supported on a carrier of “ceria-based complex oxide”, ceria or ceria-based complex oxide having NOx adsorption capability, and ammonia (NH 3 ) generated in the catalyst And zeolite having a function of holding as ammonium ions (NH 4 + ).
本実施形態では、第2触媒コンバータ33として、触媒担体に2つの層からなるNOx還元触媒を担持させることによって形成されたものを用いる。 In the present embodiment, the second catalytic converter 33 is formed by supporting a NOx reduction catalyst composed of two layers on a catalyst carrier.
NOx還元触媒の下層は、白金を4.5(g/L)と、セリアを60(g/L)と、アルミナを30(g/L)と、Ce−Pr−La−Oxを60(g/L)と、Zr−Oxを20(g/L)と、で構成される材料を水系媒体とともにボールミルに投入して撹拌、混合することでスラリーを製造し、このスラリーを触媒担体にコーティングして形成される。 The lower layer of the NOx reduction catalyst is platinum (4.5 g / L), ceria 60 (g / L), alumina 30 (g / L), and Ce—Pr—La—Ox 60 (g). / L) and 20 (g / L) of Zr-Ox together with an aqueous medium are put into a ball mill and stirred and mixed to produce a slurry, and this slurry is coated on a catalyst carrier. Formed.
また、NOx還元触媒の上層は、β型のゼオライトに鉄(Fe)及びセリウム(Ce)をイオン交換したものを75(g/L)と、アルミナを7(g/L)と、バインダーを8(g/L)と、で構成される材料を、水系媒体とともにボールミルに投入して撹拌、混合することでスラリーを製造し、このスラリーを上述の下層にコーティングして形成される。 Moreover, the upper layer of the NOx reduction catalyst is 75 (g / L) obtained by ion-exchange of β-type zeolite with iron (Fe) and cerium (Ce), 7 (g / L) alumina, and 8 binders. (G / L) is mixed with an aqueous medium into a ball mill and stirred and mixed to produce a slurry, and this slurry is coated on the lower layer.
第2触媒コンバータ33の吸着アンモニア量が少なくなると、NOxの浄化能力が低下する。そこで、NOxを還元するために、第2触媒コンバータ33への還元剤の供給(以下「還元化」という)が適宜行われる。この還元では、エンジン1の燃焼室内の混合気の空燃比(エンジン空燃比)を化学量論比よりリッチ側にすることにより、還元剤を第2触媒コンバータ33に供給する。即ち、エンジン1から排出される排気空燃比をリッチ化することにより、第2触媒コンバータ33へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より高くなり、還元が実行される。 When the amount of adsorbed ammonia in the second catalytic converter 33 decreases, the NOx purification capacity decreases. Therefore, in order to reduce NOx, the reducing agent is supplied to the second catalytic converter 33 (hereinafter referred to as “reduction”) as appropriate. In this reduction, the reducing agent is supplied to the second catalytic converter 33 by making the air-fuel ratio (engine air-fuel ratio) of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine 1 richer than the stoichiometric ratio. That is, by enriching the exhaust air-fuel ratio discharged from the engine 1, the concentration of the reducing agent in the exhaust flowing into the second catalytic converter 33 becomes higher than the oxygen concentration, and reduction is performed.
この第2触媒コンバータ33におけるNOxの浄化について説明する。
まず、エンジン空燃比を化学量論比よりリーン側に設定し、いわゆるリーンバーン運転を行うと、第2触媒コンバータ33へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より低くなる。その結果、排気中の一酸化窒素(NO)と酸素(O2)とが触媒の作用で反応し、NO2としてセリアもしくはセリア系複合酸化物に吸着される。また、酸素と反応していない一酸化炭素(CO)も、セリアもしくはセリア系複合酸化物に吸着される。
The purification of NOx in the second catalytic converter 33 will be described.
First, when the engine air-fuel ratio is set leaner than the stoichiometric ratio and so-called lean burn operation is performed, the reducing agent concentration in the exhaust gas flowing into the second catalytic converter 33 becomes lower than the oxygen concentration. As a result, nitrogen monoxide (NO) and oxygen (O 2 ) in the exhaust gas react with each other by the action of the catalyst, and are adsorbed as NO 2 on ceria or ceria-based complex oxide. In addition, carbon monoxide (CO) that has not reacted with oxygen is also adsorbed to ceria or ceria-based composite oxide.
次に、エンジン空燃比を化学量論比よりリッチ側に設定するいわゆるリッチ運転を行い、排気空燃比をリッチ化する。即ち、排気中の還元剤濃度を酸素濃度より高くする還元化を実行すると、排気中の一酸化炭素(CO)が水(H2O)と反応して、二酸化炭素(CO2)と水素(H2)が生成され、また排気中の炭化水素(HC)が水と反応して、一酸化炭素(CO)及び二酸化炭素(CO2)とともに、水素が生成される。また更に、排気中に含まれるNOx、及びセリアもしくはセリア系複合酸化物(及び白金)に吸着されているNOx(NO,NO2)と、生成された水素とが触媒の作用で反応し、アンモニア(NH3)及び水が生成される。また、ここで生成されたアンモニアは、アンモニウムイオン(NH4 +)の形でゼオライトに吸着される。 Next, so-called rich operation is performed in which the engine air-fuel ratio is set to be richer than the stoichiometric ratio, and the exhaust air-fuel ratio is enriched. That is, when reduction is performed to make the reducing agent concentration in the exhaust gas higher than the oxygen concentration, carbon monoxide (CO) in the exhaust gas reacts with water (H 2 O), and carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen ( H 2 ) is generated, and hydrocarbons (HC) in the exhaust gas react with water to generate hydrogen together with carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ). Furthermore, NOx contained in the exhaust gas, NOx (NO, NO 2 ) adsorbed on ceria or ceria-based complex oxide (and platinum), and the generated hydrogen react with each other by the action of the catalyst, and ammonia (NH 3 ) and water are produced. Further, the ammonia generated here is adsorbed on the zeolite in the form of ammonium ions (NH 4 + ).
次に、エンジン空燃比を化学量論比よりリーン側に設定するリーンバーン運転を行い、第2触媒コンバータ33へ流入する排気中の還元剤濃度を、酸素濃度より低い側に設定すると、セリアもしくはセリア系複合酸化物にNOxが吸着される。更にゼオライトにアンモニウムイオンが吸着した状態では、排気中のNOx及び酸素と、アンモニアとが反応して、窒素(N2)と水が生成される。 Next, when lean burn operation is performed in which the engine air-fuel ratio is set leaner than the stoichiometric ratio, and the reducing agent concentration in the exhaust gas flowing into the second catalytic converter 33 is set lower than the oxygen concentration, ceria or NOx is adsorbed on the ceria-based composite oxide. Further, in a state where ammonium ions are adsorbed on the zeolite, NOx and oxygen in the exhaust gas and ammonia react to generate nitrogen (N 2 ) and water.
このように、第2触媒コンバータ33によれば、還元剤供給中に生成されるアンモニアがゼオライトに吸着され、リーンバーン運転中に吸着したアンモニアがNOxと反応するので、NOxの浄化を効率良く行うことができる。 As described above, according to the second catalytic converter 33, the ammonia generated during the supply of the reducing agent is adsorbed by the zeolite, and the ammonia adsorbed during the lean burn operation reacts with NOx, so that the NOx is efficiently purified. be able to.
排気中のSOxが第2触媒コンバータ33に吸収されると、第2触媒コンバータ33のNOx浄化性能が低下する。このため、第2触媒コンバータ33に吸収されたSOxを浄化するSOx再生処理を行う必要がある。具体的には、第2触媒コンバータ33に流入する排気を還元雰囲気にするとともに、この第2触媒コンバータ33を昇温することで行われてよい。 When SOx in the exhaust is absorbed by the second catalytic converter 33, the NOx purification performance of the second catalytic converter 33 is degraded. For this reason, it is necessary to perform an SOx regeneration process for purifying the SOx absorbed by the second catalytic converter 33. Specifically, the exhaust gas flowing into the second catalytic converter 33 may be reduced and the temperature of the second catalytic converter 33 may be raised.
<燃料改質器>
排気管4のうち第2触媒コンバータ33の上流には、供給路としての供給管54が設けられており、この供給管54には燃料改質器50が接続されている。これにより、燃料改質器50は排気管4とは別に設けられ、換言すれば、後述の燃料ガス供給装置52及び改質触媒531が排気管4内には設けられていない。なお、本実施形態では、供給管54がDPF32及び第2触媒コンバータ33の間に接続されているが、これに限られず、第1触媒コンバータ31及びDPF32の間、又は第1触媒コンバータ31の上流であってもよい。
<Fuel reformer>
A
燃料改質器50は、燃料ガスを改質して、水素(H2)及び一酸化炭素(CO)を含む改質ガスを製造し、放出ガスとして放出する。かかる燃料改質器50は、排気管4にその一端側が接続されたガス通路51と、このガス通路51の他端側から燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置52と、ガス通路51に設けられた触媒ケーシング53と、を備える。
The
触媒ケーシング53と燃料タンクとの間には燃料弁521が設けられ、外部空気を圧送するエアコンプレッサ523との間には空気弁525が設けられている。これら燃料弁521及び空気弁525の開度はそれぞれECU40によって調節されるため、燃料及び空気が所望の割合で混合された燃料ガスが触媒ケーシング53に供給されることになる。なお、燃料ガスがリーン雰囲気であると、後述の改質触媒531の昇温は加速するが、改質触媒531の温度制御が困難になる。一方、燃料ガスがリッチ雰囲気であると、後述の改質触媒531の昇温は遅延するが、改質触媒531の温度制御は容易になる。特に限定されないが、本実施形態では、燃料ガスをリッチ雰囲気にする。
A
また、この燃料ガスの供給量がECU40で制御されることで、排気管4に供給される放出ガスの供給量GRG(単位時間当りに排気管4内に供給される放出ガスの量)を制御することが可能となっている。
Further, the fuel gas supply amount is controlled by the
ここで、燃料改質器50には、上流から順に、電気ヒータ533、及び改質触媒531が格納されている。電気ヒータ533はエンジン1の始動と同時又は直後に稼動し、改質触媒531を加熱することが可能となっている。なお、電気ヒータ533に代わり、もしくは電気ヒータ533とともに、点火装置及びバーナを設けてもよい。これにより、燃料及び空気が燃焼して昇温された後に改質触媒531へ導入されるため、改質触媒531の触媒機能が迅速に向上する。
Here, the
改質触媒531は、ロジウム及びセリアを含む。本実施形態では、改質触媒531として、CeO2粉末に対して1質量%のRhを水系媒体とともにボールミルに投入し、撹拌し混合することで製造されるスラリーを、Fe合金製担体にコーティングし、600℃で2時間に亘り乾燥し、焼成することで調製されたものを用いる。
The reforming
かかる改質触媒531は、燃料ガス供給装置52から供給された燃料ガスを改質し、水素、及び一酸化炭素を含む改質ガスを製造する触媒である。より具体的には、改質触媒531は、燃料ガスを構成する炭化水素燃料と空気との部分酸化反応により、大気圧よりも高い圧力であり且つ体積比で水素よりも一酸化炭素を多く含む改質ガスを製造する。また、上述のように部分酸化反応は発熱反応である。これにより、燃料改質器50は、排気管4のうち導入口14付近における排気よりも高い温度の還元性気体を、排気管4内に供給することが可能となる。
The reforming
しかし、エンジン1の始動直後のような低温条件下では、改質触媒531が活性化されていないために改質反応が生じず、有機可溶性成分(SOF)や炭化水素(HC)を主成分とする白煙が大量に発生する傾向にある。かかる白煙が排気管4に供給されると、そのまま大気へ放出されるおそれがある。
However, under a low temperature condition such as immediately after the engine 1 is started, the reforming
そこで、本実施形態におけるガス通路51には、供給管54に加えて、回復路としての回復管55が設けられ、この回復管55は吸気管2に燃料改質器50を連通する。これにより、放出ガスに白煙成分が含まれたとしても、かかる白煙成分の少なくとも一部はエンジン1で燃焼されるため、排気ガスへの混入量が低減する。以上の供給管54及び回復管55は供給手段を構成する。
Therefore, the
回復管55は、特に、吸気管2におけるスロットル弁26よりも下流側の位置に接続されている。スロットル弁26の開度によって、スロットル弁26より下流側における吸気管2の内圧が上下し、燃料改質器50との差圧が拡大及び縮小するため、吸気通路への放出ガスの供給量を容易に制御できる。
In particular, the
また、供給管54及び回復管55は、流量割合調節手段としての切換弁513を隔ててガス通路51の下流に接続されている。この切換弁513は、供給管54及び回復管55への開度を変動することで、供給管54及び回復管55の各々を流通する放出ガスの流量割合を調節する。回復管55の流量割合に応じて吸気管2に供給される放出ガスの量が変動し、結果としてエンジン1に導入される吸気の空燃比も変動する。この吸気空燃比は過剰になると、自己着火を生じ、NVHやドライバビリティの悪化をもたらすおそれがある。
Further, the
<電子制御ユニット>
ECU40には、エンジン1の吸入空気量GA(単位時間当りにエンジン1に新規に吸入される空気量)を検出するエアフローメータ21、ガス通路51内を流通する放出ガスの温度Tafcatを検出する放出ガス温度センサ23、各気筒7の内圧を検出する筒内圧センサ25、及びスロットル弁26の下流側における吸気管2内の圧力を検出する圧力センサ27、及び第2触媒コンバータ33の温度を検出する触媒温度センサ29が接続され、これらセンサの検出信号がECU40に供給される。
<Electronic control unit>
The
ECU40は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット(以下「CPU」という)とを備える。この他、ECU40は、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、スロットル弁26、切換弁513、EGR弁13、過給機8、及びエンジン1の燃料噴射弁等に制御信号を出力する出力回路とを備える。
The
エンジン1は、通常はエンジン空燃比が化学量論比よりもリーン側に設定して運転され、DPF32に堆積したPMを燃焼させる場合や、第2触媒コンバータ33に吸着したSOxを浄化する場合には、再生処理が行われる。
The engine 1 is normally operated with the engine air-fuel ratio set to a leaner side than the stoichiometric ratio, and when the PM accumulated on the
次に、図2を参照して、本実施形態の再生処理について説明する。図2は、ECU40による放出ガスの供給の手順を示すフローチャートである。
Next, the reproduction processing of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for supplying the released gas by the
まず、触媒温度センサ29の検出値に基づいて、第2触媒コンバータ33の温度が所定温度以下であるか否かを判別する(ST1)。この「所定温度」とは、第2触媒コンバータ33が放出ガス中の還元性気体が供給されなくともNOxを充分に除去できる程度の活性状態に達するために必要な温度を指し、第2触媒コンバータ33の性能や排気組成等に応じて適宜設定されてよい。ST1における判別が“NO”の場合には、放出ガスを供給する必要がないため、放出ガスの供給を行わず(ST2)、“YES”の場合には、ST3に移る。
First, based on the detection value of the
ST3では、状況が、放出ガスにおける白煙成分量が許容量を超える非許容条件にあるか否かを判別する。本実施形態では、放出ガス温度センサ23の検出値に基づいて、改質触媒531からの放出ガスの温度Tafcatが、放出ガスにおける白煙成分量が許容量を超えることが想定される温度Tsmoke以下か否かを判別する。放出ガスの温度Tafcatは、改質触媒531の温度に対応する。なお、この判別は、放出ガスの空燃比、放出ガスの組成(例えば、水素濃度、一酸化炭素濃度、酸素濃度、及び炭化水素濃度の少なくとも1種)、燃料改質器50の稼動開始後の経過時間等に基づいて行ってもよい。
In ST3, it is determined whether or not the situation is in an unacceptable condition in which the amount of white smoke component in the emitted gas exceeds the allowable amount. In this embodiment, based on the detection value of the emission
ST3での判別が“YES”の場合には、非許容条件を選択し、切換弁513に回復管55の流量割合を増加させる(ST4)。エンジン1の始動直後等の低温条件下では、通常、ST3での判別が“YES”になるため、ST4に移ることになる。続いて、スロットル弁26の開度を調節し、目標差圧を取得する(ST5)。「目標差圧」とは、放出ガスを吸気管2に容易に供給するために必要な差圧ΔPであり、適宜設定される。
When the determination in ST3 is “YES”, the non-permissible condition is selected, and the flow rate ratio of the
次に、ST6では、吸気の自己着火の有無を判別する。具体的には、筒内圧センサ25の検出値に基づいて、自己着火を推定させる現象(例えば、圧力変動(dp/dΘ)、熱発生パターン)の有無を判別する。その他、ノック信号、角速度変動、イオン電流等の検出に基づいて判別を行ってもよい。
Next, in ST6, the presence / absence of intake self-ignition is determined. Specifically, the presence / absence of a phenomenon (for example, pressure fluctuation (dp / dΘ), heat generation pattern) that estimates self-ignition is determined based on the detection value of the in-
ST6での判別が“YES”の場合には、スロットル弁26の開度を増加する(ST7)。これにより、吸気空燃比が上昇し、自己発火が解消されやすくなる。ただし、スロットル弁26の開度増加に伴って差圧が減少するため、エアコンプレッサ523の圧力を増加することで差圧の減少を補い(ST8)、その後に後述のST11に移る。
If the determination in ST6 is “YES”, the opening of the
「所定値」は、吸気の自己着火が所望の程度まで抑制される範囲の吸気空燃比を指し、本実施形態では所定値は事後的に設定される。ただし、「所定値」は予め設定されていてもよく、この場合には「所定値」の吸気空燃比が得られるよう、以下に示すスロットル弁26の開度の適合作業を行う。
The “predetermined value” refers to an intake air-fuel ratio in a range where the self-ignition of intake air is suppressed to a desired level, and in the present embodiment, the predetermined value is set afterwards. However, the “predetermined value” may be set in advance. In this case, the following adjustment operation of the opening degree of the
図3の上図はスロットル弁26の開度と吸気空燃比との関係を示すグラフであり、下図はスロットル弁26の開度と、スロットル弁26よりも下流側における吸気管2内部及び燃料改質器50の差圧との関係を示すグラフである。なお、これらのグラフは、改質触媒531に供給される燃料が一定であり、且つ、改質触媒531に供給される燃料ガスの空燃比も一定であるという前提条件に基づいて作成される。
The upper diagram in FIG. 3 is a graph showing the relationship between the opening degree of the
まず、所定値の下限として、上記の前提条件において、吸気の自己着火が想定される吸気空燃比の臨界値(自己着火ライン)を求める。この臨界値を与えるスロットル弁26の開度を開度の最小値とする(図3の上図参照)。なお、所定値は、温度、圧力、湿度等といった種々の環境条件の変動や、各構成部品のばらつきを考慮して、下限から余分に離れた範囲に設定されることが好ましい。これにより、吸気の自己着火の発生を高確率で予防できる。
First, as a lower limit of the predetermined value, a critical value (self-ignition line) of the intake air-fuel ratio at which intake self-ignition is assumed under the above preconditions is obtained. The opening of the
また、スロットル弁26の開度の上限は、上記の前提条件において、エアコンプレッサ523が最大圧力を発揮すれば、放出ガスを吸気管2に容易に供給するために必要な差圧(目標差圧)を確保できる開度の最大値である(図3の下図参照)。なお、差圧ΔPは、エアコンプレッサ523の出力と、圧力センサ27の検出値とに基づいて算出される。
Further, the upper limit of the opening degree of the
本実施形態におけるスロットル弁26の開度は、エアコンプレッサ523の小型化を実現するべく、エアコンプレッサ523の圧力が大気圧に近い(つまり、略開放状態)場合であっても必要な差圧を確保できる開度(目標開度)に設定される(図3の下図参照)。
The opening of the
なお、このような範囲にスロットル弁26の開度を設定すると、吸気空燃比が所定値となり、吸気の自己発火は理論的には生じないはずである。このため、筒内圧センサ25を設置する必要性が低下し、筒内圧センサ25を設けない場合にはコストを削減できる。ただし、種々の要因により吸気の自己発火が生じる場合も考えられ、かかる場合に自己発火を放置することはNVHやドライバビリティの悪化につながる。そこで、筒内圧センサ25を設け、ST8を行ってもよい。
If the opening degree of the
図2に戻って、時間の経過とともに改質触媒531が充分に温まると、ST3での判別が“NO”になる。この場合、許容条件を選択し、切換弁513に供給管54の流量割合を増加させる(ST9)。続いて、スロットル弁26の開度を増加、通常は全開にし、エンジン1の出力を最大限に発揮させる(ST10)。その後、ST11に移る。
Returning to FIG. 2, when the reforming
ST11では、放出ガスの供給を行う。ST4〜ST8を通じてST11に移ってきた場合、回復管55の流量割合が増加されているため、許容量を超える白煙成分を含む放出ガスは優先的にエンジン1に導入され、燃料として使用される。また、ST9〜ST10を通じてST11に移ってきた場合、回復管55の流量割合が減少されているため、白煙成分量が許容量以下であり且つ還元性気体に富む放出ガスは優先的に第2触媒コンバータ33に導入され、NOxの除去に使用される。
In ST11, the released gas is supplied. When moving to ST11 through ST4 to ST8, since the flow rate ratio of the
[作用効果]
本実施形態によれば、以下のような作用効果が得られる。
[Function and effect]
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
供給管54を設けたので、第2触媒コンバータ33よりも上流側に放出ガスが供給され、放出ガス中の還元性気体を用いたNOxの除去が促進される。
しかも、回復管55を設けたので、放出ガスは吸気管2にも供給され、やがてエンジン1に導入される。このため、低温条件下に電気ヒータ533の出力が小さい等のために、放出ガスに白煙成分が含まれたとしても、かかる白煙成分の少なくとも一部はエンジン1で燃焼されるため、排気ガスへの混入量が低減する。
従って、燃費を維持しつつ低温条件下における排気ガスの浄化性能を向上できる。
Since the
Moreover, since the
Accordingly, it is possible to improve the exhaust gas purification performance under low temperature conditions while maintaining fuel efficiency.
燃料改質器50をスロットル弁26の下流に連通したので、スロットル弁26の開度を減少させると、スロットル弁26の下流及び燃料改質器50の差圧が拡大する。これにより、エアコンプレッサ523で過度に昇圧しなくとも充分な差圧が得られ、白煙成分を含む放出ガスが吸気管2に供給される。よって、エアコンプレッサ523を小型化でき、設計の自由度を向上できる。
Since the
切換弁513を設けたので、供給管54及び回復管55の各々を流通する放出ガスの流量割合を調節できる。これにより、種々の条件に応じて、第2触媒コンバータ33でのNOx除去及びエンジン1での燃焼の優先度を変更できる。
Since the switching
低温条件のような非許容条件下では、回復管55の流量割合が許容条件下よりも増加する制御が行われるので、白煙成分がエンジン1で燃焼される傾向が強まる。これにより、許容量を超える白煙成分量が大気へ排出されることがより抑制される。
また、許容条件下になると、回復管55の流量割合が非許容条件下よりも減少し、還元性気体に富む放出ガスが第2触媒コンバータ33に供給されて、NOxの除去が促進される傾向が強まる。
このように、放出ガスの状態に応じて、放出ガスが供給される箇所が適切に選択されるので、排気ガスの浄化性能をより向上できる。
Under a non-permissive condition such as a low temperature condition, control is performed such that the flow rate ratio of the
Further, when the permissible condition is reached, the flow rate of the
Thus, since the location where the release gas is supplied is appropriately selected according to the state of the release gas, the exhaust gas purification performance can be further improved.
改質触媒531の温度という容易に検出可能なパラメータを採用したので、容易且つ正確に許容条件及び非許容条件が判定される。これにより、放出ガスが供給される箇所が高精度且つ適切に選択されるので、排気ガスの浄化性能をより向上できる。
Since the easily detectable parameter of the temperature of the reforming
吸気空燃比が所定値以上に制御されるので、吸気の自己着火が抑制され、NVHやドライバビリティを向上できる。 Since the intake air-fuel ratio is controlled to a predetermined value or higher, intake air self-ignition is suppressed, and NVH and drivability can be improved.
吸気の自己着火が生じた場合であっても、筒内圧センサ25で自己着火が検知され、この検知に応じて吸気空燃比が増加され、自己着火が解消される。よって、NVHやドライバビリティをより向上できる。
Even when the self-ignition of the intake air occurs, the self-ignition is detected by the in-
スロットル弁26の開度を調節するだけで、スロットル弁26の下流及び燃料改質器50の差圧ΔPが増減し、吸気管2への放出ガスの供給量が変動して、吸気空燃比が増減する。よって、NVHやドライバビリティを向上しつつも、エアコンプレッサ523の負担を軽減でき、設計の自由度を向上できる。
By simply adjusting the opening of the
<変形例>
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。例えば、前記実施形態では、内燃機関としてディーゼルエンジンを採用したが、これに限られず、ガスタービンエンジン、ジェットエンジン、直噴ガソリンエンジン等であってもよい。内燃機関及び燃料の種類に応じて、目標差圧やTsmokeを適宜設定すればよい。
<Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention. For example, in the above-described embodiment, a diesel engine is employed as the internal combustion engine. However, the present invention is not limited thereto, and may be a gas turbine engine, a jet engine, a direct injection gasoline engine, or the like. The target differential pressure and T smoke may be set as appropriate according to the type of internal combustion engine and fuel.
1 エンジン(内燃機関)
2 吸気管(吸気通路)
4 排気管(排気通路)
23 放出ガス温度センサ(検出手段)
25 筒内圧センサ(自己着火検知手段)
26 スロットル弁(スロットル弁)
31 触媒コンバータ
32 DPF(パティキュレートフィルタ)
33 NOx浄化触媒
40 電子制御ユニット(流量割合制御手段、吸気空燃比制御手段、吸気空燃比修正手段、開度調節手段)
50 燃料改質器
54 供給管(供給路、供給手段)
55 回復管(回復路、供給手段)
513 切換弁(流量割合調節手段)
531 改質触媒
1 engine (internal combustion engine)
2 Intake pipe (intake passage)
4 Exhaust pipe (exhaust passage)
23 Emission gas temperature sensor (detection means)
25 In-cylinder pressure sensor (self-ignition detection means)
26 Throttle valve
31
33
50
55 Recovery pipe (recovery path, supply means)
513 switching valve (flow rate ratio adjusting means)
531 Reforming Catalyst
Claims (7)
前記内燃機関の吸気通路に設けられ、吸気圧を調節可能なスロットル弁と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のNOxを吸着及び吸蔵するNOx浄化触媒と、
前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質する改質触媒を有する燃料改質器と、
前記燃料改質器から放出される放出ガスを前記内燃機関に供給する供給手段と、を備え、
前記供給手段は、前記燃料改質器を前記排気通路における前記NOx浄化触媒よりも上流側の位置に連通する供給路と、前記燃料改質器を前記吸気通路における前記スロットル弁よりも下流側の位置に連通する回復路と、を有し、前記供給路及び/又は前記回復路を通じて、前記放出ガスが前記内燃機関に供給されるものであり、
前記供給手段は、前記供給路及び前記回復路の各々を流通する前記放出ガスの流量割合を調節する流量割合調節手段を更に有し、
前記流量割合調節手段を制御する流量割合制御手段を更に備え、
前記流量割合制御手段は、前記放出ガスにおける白煙成分量が許容量を超える非許容条件下では、前記放出ガスにおける白煙成分量が許容量以下である許容条件下よりも、前記回復路の流量割合を増加させる排気浄化装置。 An exhaust purification device for purifying exhaust discharged from an internal combustion engine,
A throttle valve provided in the intake passage of the internal combustion engine and capable of adjusting the intake pressure;
A NOx purification catalyst that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and that adsorbs and stores NOx in the exhaust;
A fuel reformer provided separately from the exhaust passage and having a reforming catalyst for reforming fuel;
A supply means for supplying the internal combustion engine with a discharge gas discharged from the fuel reformer,
The supply means includes a supply path communicating the fuel reformer to a position upstream of the NOx purification catalyst in the exhaust passage, and the fuel reformer downstream of the throttle valve in the intake passage. A recovery path communicating with a position, and the exhaust gas is supplied to the internal combustion engine through the supply path and / or the recovery path ,
The supply means further includes a flow rate ratio adjusting means for adjusting a flow rate ratio of the released gas flowing through each of the supply path and the recovery path,
A flow rate control unit for controlling the flow rate control unit;
The flow rate ratio control means is configured so that, under a non-permissible condition in which the amount of white smoke component in the emitted gas exceeds an allowable amount, the amount of white smoke component in the emitted gas is less than an allowable amount, and in the recovery path. An exhaust purification device that increases the flow rate .
前記流量割合制御手段は、前記検出手段による検出値に基づいて、前記非許容条件又は前記許容条件のいずれかを選択する条件選択手段を有する請求項1記載の排気浄化装置。 A detector for detecting at least one selected from the group consisting of the temperature of the reforming catalyst, the air-fuel ratio of the released gas, and the composition of the released gas;
The flow rate control means, on the basis of the value detected by the detection means, the exhaust gas purifier according to claim 1, further comprising a condition selection means for selecting one of the non-permissive or the allowable conditions.
前記吸気空燃比制御手段は、前記自己着火検知手段で自己着火が検知された場合に、前記吸気空燃比を増加する吸気空燃比修正手段を有する請求項3又は4記載の排気浄化装置。 A self-ignition detecting means for detecting the self-ignition of the intake air;
The exhaust purification apparatus according to claim 3 or 4, wherein the intake air-fuel ratio control means includes intake air-fuel ratio correction means for increasing the intake air-fuel ratio when self-ignition is detected by the self-ignition detection means.
前記開度調節手段は、前記スロットル弁の開度の増減を介して、前記吸気空燃比を増減する請求項3から5いずれか記載の排気浄化装置。 The intake air-fuel ratio control means has an opening degree adjusting means for adjusting the opening degree of the throttle valve,
The exhaust emission control device according to any one of claims 3 to 5 , wherein the opening degree adjusting means increases or decreases the intake air-fuel ratio by increasing or decreasing the opening degree of the throttle valve.
排気通路に設けられ、排気中のNOxを吸着及び吸蔵するNOx浄化触媒と、
前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質する改質触媒を有する燃料改質器と、を備える内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化方法であって、
前記燃料改質器から放出される放出ガスに含有される白煙成分を、前記吸気通路における前記スロットル弁よりも下流側の位置に供給するものであって、
前記燃料改質器を前記排気通路における前記NOx浄化触媒よりも上流側の位置に連通する供給路、及び/又は、前記燃料改質器を前記吸気通路における前記スロットル弁よりも下流側の位置に連通する回復路を通じて、前記放出ガスが前記内燃機関に供給されるものであり、
前記供給路及び前記回復路の各々を流通する前記放出ガスの流量割合を調節可能であり、
前記放出ガスにおける白煙成分量が許容量を超える非許容条件下では、前記放出ガスにおける白煙成分量が許容量以下である許容条件下よりも、前記回復路の流量割合を増加させる排気浄化方法。 A throttle valve provided in the intake passage and capable of adjusting the intake pressure;
A NOx purification catalyst provided in the exhaust passage for adsorbing and storing NOx in the exhaust;
An exhaust purification method for purifying exhaust discharged from an internal combustion engine, comprising a fuel reformer provided separately from the exhaust passage and having a reforming catalyst for reforming fuel,
Supplying the white smoke component contained in the exhaust gas discharged from the fuel reformer to a position downstream of the throttle valve in the intake passage ;
A supply path communicating the fuel reformer with a position upstream of the NOx purification catalyst in the exhaust passage and / or a position of the fuel reformer downstream of the throttle valve in the intake passage. The exhaust gas is supplied to the internal combustion engine through a recovery path communicating with the internal combustion engine;
The flow rate ratio of the released gas flowing through each of the supply path and the recovery path can be adjusted,
Exhaust purification that increases the flow rate of the recovery path under non-permissive conditions in which the amount of white smoke component in the emitted gas exceeds an allowable amount, compared to the allowable condition in which the amount of white smoke component in the emitted gas is less than or equal to the allowable amount Method.
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