JP4359765B2 - Exhaust purification catalytic equipment - Google Patents
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Description
本発明は、排気浄化触媒装置に係り、特に、NOxを高効率で浄化するNOx吸蔵触媒の技術に関する。 The present invention relates to an exhaust purification catalyst device, and more particularly to a technology of a NOx storage catalyst that purifies NOx with high efficiency.
近年、燃費の向上を図るため、酸素過剰雰囲気中(リーン空燃比)での燃焼を可能としたリーンバーンエンジン(希薄燃焼内燃機関)が実用化されており、当該リーンバーンエンジンでは、NOxが発生し易いことから、リーン燃焼時に排ガス中のNOxを吸蔵して排気中のNOxを浄化する方式のNOx吸蔵触媒を排気路に設けるようにしている。
このNOx吸蔵触媒は、酸素過剰雰囲気中(リーン空燃比)ではNOxを触媒上に吸蔵させることで排気中のNOxを浄化する一方、酸素濃度低下雰囲気中(ストイキオまたはリッチ空燃比)では吸蔵したNOxを放出する機能を有していることが知られている。詳しくは、NOx吸蔵触媒は、酸素濃度過剰雰囲気では、排気中のNOxを硝酸塩として吸蔵する一方、酸素濃度低下雰囲気では、NOx吸蔵触媒に吸蔵された硝酸塩と排気中のCOとから炭酸塩を生成させてNOxを放出させる機能を有している。
In recent years, lean burn engines (lean combustion internal combustion engines) capable of combustion in an oxygen-excess atmosphere (lean air-fuel ratio) have been put into practical use in order to improve fuel efficiency, and NOx is generated in the lean burn engine Therefore, a NOx occlusion catalyst that stores NOx in exhaust gas and purifies NOx in exhaust gas during lean combustion is provided in the exhaust passage.
This NOx storage catalyst purifies NOx in exhaust gas by storing NOx on the catalyst in an oxygen-excess atmosphere (lean air-fuel ratio), while storing NOx in an oxygen concentration-reduced atmosphere (stoichio or rich air-fuel ratio). It is known that it has a function of releasing. Specifically, the NOx storage catalyst stores NOx in the exhaust as nitrate in an atmosphere with excess oxygen concentration, while it generates carbonate from the nitrate stored in the NOx storage catalyst and CO in the exhaust in an atmosphere with reduced oxygen concentration. And has a function of releasing NOx.
ところで、当該NOx吸蔵触媒では、リーン運転中(酸素過剰雰囲気中)におけるNOx吸蔵量が飽和量に達すると、以後NOxを吸蔵できずにNOxが大気に排出されてしまうという問題がある。そこで、通常はNOx吸蔵量が飽和量に達する前に機関の空燃比をリーン空燃比からストイキオまたはリッチ空燃比に一時的に切り換えて排気を酸素濃度低下雰囲気とし、これにより、CO、HC等の還元剤を多く発生させてNOxを放出還元させ、NOx吸蔵触媒のNOx吸蔵能力の回復を図るようにしている(NOxパージという)。 By the way, the NOx storage catalyst has a problem that when the NOx storage amount during the lean operation (in the oxygen-excess atmosphere) reaches the saturation amount, NOx cannot be stored thereafter and NOx is discharged to the atmosphere. Therefore, normally, before the NOx storage amount reaches the saturation amount, the engine air-fuel ratio is temporarily switched from the lean air-fuel ratio to the stoichiometric or rich air-fuel ratio, and the exhaust is made into an oxygen concentration-reducing atmosphere. A large amount of reducing agent is generated to release and reduce NOx, thereby recovering the NOx storage capacity of the NOx storage catalyst (referred to as NOx purge).
また、特に燃焼室内に燃料を直接噴射可能な直噴リーンバーンエンジンでは、低回転負荷運転時に主として圧縮行程においてリーン空燃比のもとに燃料噴射を行う一方、高回転高負荷運転時に主として吸気行程においてストイキオまたはリッチ空燃比のもとに燃料噴射を行うようにしており、リーン空燃比運転のみならずストイキオ運転或いはリッチ空燃比運転をも実施するため、NOx吸蔵触媒に三元触媒機能をも持たせるようにし、さらに、三元触媒機能による浄化効率を高めるべくO2ストレージ機能(酸素吸蔵機能、OSCともいう)をも付加するようにしている。O2ストレージ機能は、酸素過剰雰囲気中にO2(酸素)を吸蔵するとともに当該吸蔵したO2を酸素濃度低下雰囲気中に放出する特性を持つ機能であり、例えばセリア(Ce)等のO2ストレージ剤(酸素吸蔵剤、OSC剤)を添加することで実現される。 In particular, in a direct injection lean burn engine capable of directly injecting fuel into the combustion chamber, fuel injection is performed under a lean air-fuel ratio mainly during a compression stroke during low-speed load operation, while intake stroke is mainly performed during high-speed high load operation. In this case, fuel injection is performed under stoichiometric or rich air-fuel ratio, and not only lean air-fuel ratio operation but also stoichiometric operation or rich air-fuel ratio operation is performed. Therefore, the NOx storage catalyst also has a three-way catalyst function. In addition, an O 2 storage function (also referred to as an oxygen storage function or OSC) is added to increase the purification efficiency by the three-way catalyst function. The O 2 storage function is a function having a characteristic of storing O 2 (oxygen) in an oxygen-excess atmosphere and releasing the stored O 2 into an oxygen concentration-reduced atmosphere. For example, O 2 such as ceria (Ce) is used. This is realized by adding a storage agent (oxygen storage agent, OSC agent).
即ち、NOx吸蔵触媒に三元触媒機能とともにO2ストレージ機能を付加することにより、ストイキオ運転或いはリッチ空燃比運転時において、例えばO2フィードバック制御の実施により排気空燃比が多少リーン空燃比寄り或いはリッチ空燃比寄りとなっても触媒雰囲気をストイキオ近傍に維持可能にしている。これにより、三元触媒機能が最大限発揮され、NOxのみならずHCやCOをも良好に浄化可能である(特許文献1等参照)。
ところで、上記のようにNOx吸蔵触媒にO2ストレージ機能を付加する場合、NOx吸蔵能力の回復を図るべく排気を酸素濃度低下雰囲気としてNOxパージを行うと、NOx吸蔵触媒に供給されるCO、HC等の還元剤がO2ストレージ機能によりO2ストレージ剤から放出されるO2によって酸化されてしまい、吸蔵されたNOxの放出及び還元が十分に実施されないという問題がある。即ち、CO、HC等の還元剤の多くがNOx吸蔵触媒の上流側で放出されるO2との酸化反応に消費されてしまうために下流側まで到達せず、NOx吸蔵触媒の下流側ではNOxパージが殆ど実施されずNOx吸蔵能力が十分に回復しないという問題がある(図4のA部参照)。そして、この問題はNOxパージ時間が短いほど顕著である。 By the way, in the case where the O 2 storage function is added to the NOx storage catalyst as described above, if NOx purge is performed with the exhaust gas in an oxygen concentration lowering atmosphere in order to recover the NOx storage capacity, CO and HC supplied to the NOx storage catalyst Such a reducing agent is oxidized by O 2 released from the O 2 storage agent by the O 2 storage function, so that the occluded NOx is not sufficiently released and reduced. That is, most of the reducing agents such as CO and HC are consumed in the oxidation reaction with O 2 released upstream of the NOx storage catalyst, so that they do not reach the downstream side, and NOx is stored downstream of the NOx storage catalyst. There is a problem that the purge is hardly performed and the NOx occlusion capacity is not sufficiently recovered (refer to part A in FIG. 4). This problem becomes more prominent as the NOx purge time is shorter.
また、触媒反応を促進させるためにNOx吸蔵触媒に設けられた白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)等の貴金属は、O2が過剰に存在する状況下では当該O2に覆われてしまい活性が低下する(酸素被毒)という性質を有しており、この活性の低下はNOxパージを行い貴金属を覆ったO2を除去することで回復させることができるものの、上記の如く還元剤が吸蔵されたO2との酸化反応に消費されてしまうと、かかる貴金属の活性をも十分に回復させることができないという問題もある(図4のB部参照)。 In addition, noble metals such as platinum (Pt), palladium (Pd), and rhodium (Rh) provided in the NOx storage catalyst to promote the catalytic reaction are covered with the O 2 in a situation where O 2 exists excessively. The activity is reduced (oxygen poisoning), and this decrease in activity can be recovered by performing NOx purge and removing O 2 covering the noble metal, but as described above. When the reducing agent is consumed in the oxidation reaction with the occluded O 2 , there is also a problem that the activity of the noble metal cannot be sufficiently recovered (see part B in FIG. 4).
この場合、上記特許文献1等に開示されるように、一時的に燃料を増量し、CO、HC等の還元剤をNOx吸蔵触媒の下流側にまで到達するよう増加させることも考えられるが、機関出力に寄与しない燃料の供給は燃費の悪化に繋がり好ましいことではない。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、O2ストレージ機能を有したNOx吸蔵触媒の排気浄化効率を燃費の悪化なく高めることの可能な排気浄化触媒装置を提供することにある。
In this case, as disclosed in Patent Document 1 and the like, it is conceivable to temporarily increase the fuel and increase the reducing agent such as CO and HC so as to reach the downstream side of the NOx storage catalyst. Supply of fuel that does not contribute to engine output is not preferable because it leads to deterioration of fuel consumption.
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust capable of increasing the exhaust purification efficiency of a NOx storage catalyst having an O 2 storage function without deteriorating fuel consumption. It is to provide a purification catalyst device.
上記した目的を達成するために、請求項1の排気浄化触媒装置では、排気路に配備され軸方向に貫通する多数の貫通孔を持つ単一の担体と該貫通孔を区画する内面に形成された耐火性無機酸化物からなる担持層とからなり、該担持層に、貴金属と、排気空燃比がリーンであるときに排気中のNOxを吸蔵し、排気空燃比がストイキオまたはリッチであるときに前記吸蔵したNOxを放出して還元処理するNOx吸蔵触媒とを担持してなる排気浄化触媒装置において、前記担持層は、該担持層の排気路上流側領域から排気路下流側領域までの略全体に亘って酸素吸蔵剤を担持し、該酸素吸蔵剤の担持量は、前記担体の排気路上流側領域の方が排気路下流側領域よりも少なく設定されていることを特徴としている。 In order to achieve the above-described object, the exhaust purification catalyst device according to claim 1 is formed on a single carrier having a plurality of through holes arranged in the exhaust passage and penetrating in the axial direction, and an inner surface defining the through holes. When the exhaust air-fuel ratio is lean, and the exhaust air-fuel ratio is stoichiometric or rich. In the exhaust purification catalyst device carrying the NOx occlusion catalyst for reducing the occluded NOx and reducing it, the carrier layer is substantially the entire region from the upstream side region of the exhaust layer to the downstream side region of the exhaust passage. The oxygen storage agent is supported over the entire area, and the amount of the oxygen storage agent supported is set to be smaller in the upstream region of the exhaust passage than in the downstream region of the exhaust passage.
また、請求項2の排気浄化触媒装置では、前記酸素吸蔵剤の担持量は、前記担体の排気路上流側領域から排気路下流側領域に向けて徐々に増加するよう設定されていることを特徴としている。
また、請求項3のの排気浄化触媒装置では、前記貴金属の担持量は、前記酸素吸蔵剤の担持量に応じて前記担体の排気路上流側領域の方が排気路下流側領域よりも少なく設定されていることを特徴としている。
Further, in the exhaust purification catalyst device according to
In the exhaust purification catalyst device according to claim 3, the amount of the noble metal supported is set to be smaller in the upstream region of the exhaust path than the downstream region of the exhaust gas according to the supported amount of the oxygen storage agent. It is characterized by being.
本発明の請求項1の排気浄化触媒装置によれば、担持層に、貴金属、NOx吸蔵触媒とともに酸素吸蔵剤を排気路上流側領域から排気路下流側領域までの略全体に亘って担持し、当該酸素吸蔵剤の担持量を担体の排気路上流側領域の方が排気路下流側領域よりも少なくなるようにしているので、酸素吸蔵剤に吸蔵される酸素量が担体の排気路上流側領域では排気路下流側領域よりも少なく、故に、NOx吸蔵触媒のNOx吸蔵能力の回復を図るべくNOxパージを行ったとき、担体の排気路上流側領域でCO、HC等の還元剤が酸素吸蔵剤から放出される酸素との反応によって消費され尽くしてしまうことが好適に防止され、CO、HC等の還元剤を確実に担体の排気路下流側領域にまで到達させるようにできる。 According to the exhaust purification catalyst device of claim 1 of the present invention, the carrier layer carries the oxygen storage agent together with the noble metal and the NOx storage catalyst over substantially the entire region from the exhaust passage upstream region to the exhaust passage downstream region , Since the amount of the oxygen storage agent supported in the upstream region of the exhaust passage of the carrier is smaller than the downstream region of the exhaust passage, the amount of oxygen stored in the oxygen storage agent is in the upstream region of the exhaust passage of the carrier. Therefore, when NOx purge is performed in order to recover the NOx storage capacity of the NOx storage catalyst, reducing agents such as CO and HC are present in the upstream region of the exhaust passage of the carrier. It is preferably prevented from being consumed up by the reaction with oxygen released from the catalyst, and the reducing agent such as CO and HC can be surely reached to the downstream side region of the exhaust path of the carrier.
従って、酸素吸蔵剤から放出される酸素と還元剤との反応による消費分を考慮して還元剤、即ち燃料を増量する必要もなく、NOx吸蔵触媒に吸蔵されたNOxの放出と還元とを担体の排気路下流側領域において十分に実施するようにできる。また、担体の排気路下流側領域における貴金属の酸素被毒をも解消することができる。
これにより、簡単な構成にして燃費の悪化なく触媒全体で効率よくNOx吸蔵触媒のNOx吸蔵能力とともに貴金属の活性を回復させることができ、排気浄化効率の向上を図ることができる。
Therefore, it is not necessary to increase the amount of the reducing agent, that is, the fuel in consideration of the amount consumed by the reaction between the oxygen released from the oxygen storage agent and the reducing agent, and the release and reduction of NOx stored in the NOx storage catalyst are supported by the carrier. This can be implemented sufficiently in the downstream area of the exhaust passage. In addition, oxygen poisoning of the noble metal in the downstream region of the exhaust path of the carrier can be eliminated.
As a result, it is possible to recover the activity of the noble metal together with the NOx occlusion ability of the NOx occlusion catalyst efficiently with the entire catalyst without deterioration of fuel consumption with a simple configuration, and it is possible to improve the exhaust purification efficiency.
また、請求項2の排気浄化触媒装置によれば、酸素吸蔵剤の担持量を担体の排気路上流側領域から排気路下流側領域に向けて徐々に増加させるようにしているので、より一層効率よくNOx吸蔵触媒のNOx吸蔵能力とともに貴金属の活性を回復させることができる。
また、請求項3の排気浄化触媒装置によれば、貴金属の担持量を酸素吸蔵剤の担持量に応じて担体の排気路上流側領域の方が排気路下流側領域よりも少なくなるようにしているので、貴金属の担持量の最適化を図ることができる。
Further, according to the exhaust purification catalyst device of
According to the exhaust purification catalyst device of claim 3, the amount of the noble metal supported is set so that the region on the upstream side of the exhaust passage of the carrier is smaller than the region on the downstream side of the exhaust passage according to the amount of supported oxygen storage agent. Therefore, the amount of noble metal supported can be optimized.
即ち、酸素吸蔵剤は貴金属の存在によって酸素を吸蔵できることが確認されており、故に、貴金属の担持量を酸素吸蔵剤の担持量に応じて担体の排気路上流側領域の方が排気路下流側領域よりも少なくなるようにすることにより、貴金属を過不足なく効果的に担持することができる。 That is, it has been confirmed that the oxygen storage agent can store oxygen due to the presence of the noble metal. Therefore, the amount of the noble metal supported on the upstream side of the exhaust path of the carrier in the upstream side of the exhaust path depends on the amount of the oxygen storage agent supported By making it smaller than the region, the noble metal can be supported effectively without excess or deficiency.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1を参照すると、車両に搭載され、エンジン1の排気路に介装された本発明に係る排気浄化触媒装置を含む排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づいて排気浄化装置の構成を説明する。
同図に示すように、内燃機関(以下、エンジンという)1としては、例えば、燃料噴射モードを切換えることで吸気行程での燃料噴射(吸気行程噴射)とともに圧縮行程での燃料噴射(圧縮行程噴射)を実施可能な筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン1では、容易にして理論空燃比(ストイキオ)での運転やリッチ空燃比での運転(リッチ空燃比運転)の他、リーン空燃比での運転(リーン空燃比運転)が実現可能である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Referring to FIG. 1, there is shown a schematic configuration diagram of an exhaust purification device including an exhaust purification catalyst device according to the present invention mounted on a vehicle and interposed in an exhaust passage of an engine 1. The configuration of the exhaust emission control device will be described.
As shown in the figure, as an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) 1, for example, by switching a fuel injection mode, fuel injection in an intake stroke (intake stroke injection) and fuel injection in a compression stroke (compression stroke injection) are performed. In-cylinder injection type spark-ignition gasoline engine that can be used) is adopted. In the in-cylinder injection type engine 1, operation at a lean air-fuel ratio (lean air-fuel ratio operation) as well as operation at a stoichiometric air-fuel ratio (stoichio) or operation at a rich air-fuel ratio (rich air-fuel ratio operation) is facilitated. Is feasible.
同図に示すように、エンジン1のシリンダヘッド2には、各気筒毎に点火プラグ4とともに電磁式の燃料噴射弁6が取り付けられており、これにより、燃料を燃焼室内に直接噴射可能である。
点火プラグ4には高電圧を出力する点火コイル8が接続されている。また、燃料噴射弁6には、燃料パイプ7を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置(図示せず)が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁6に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁6から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能である。
As shown in the figure, the
An ignition coil 8 that outputs a high voltage is connected to the spark plug 4. Further, a fuel supply device (not shown) having a fuel tank is connected to the fuel injection valve 6 via a
シリンダヘッド2には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド10の一端がそれぞれ接続されている。また、シリンダヘッド2には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド12の一端がそれぞれ接続されている。
なお、当該筒内噴射型のエンジン1は既に公知のものであるため、その構成の詳細については説明を省略する。
An intake port is formed in the
The in-cylinder injection type engine 1 is already known, and therefore, the detailed description of the configuration is omitted.
吸気マニホールド10には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁14及び当該スロットル弁14の開度θthを検出するスロットルポジションセンサ(TPS)16が設けられており、さらに、スロットル弁14の上流には、吸入空気量を計測するエアフローセンサ18が介装されている。
一方、排気マニホールド12には排気管(排気路)20が接続されており、この排気管20には、排気浄化触媒装置としてNOx吸蔵触媒ユニット30が介装されている。また、排気管20には、NOx吸蔵触媒ユニット30の上流に位置してO2センサ22が配設されている。
The
On the other hand, an exhaust pipe (exhaust passage) 20 is connected to the
NOx吸蔵触媒ユニット30は、軸方向に貫通する多数の貫通孔を持つ単一の担体32と該貫通孔を区画する内面に形成された耐火性無機酸化物からなる担持層とからなっており、担持層に活性貴金属として銅(Cu),コバルト(Co),銀(Ag),白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)のいずれかの貴金属36を担持するとともに、NOx吸蔵剤としてアルカリ金属(例えば、カリウム(K)、ナトリウム(Na))やアルカリ土類金属(例えば、バリウム(Ba))を担持している。
The NOx
これより、NOx吸蔵触媒ユニット30は、基本的に、排気空燃比がリーン空燃比であって酸素濃度の高い酸素濃度過剰雰囲気にあるときにはNOxを吸蔵し、排気空燃比がリッチ空燃比であって酸素濃度の低い酸素濃度低下雰囲気にあるときには当該吸蔵したNOxを放出し、貴金属36の触媒作用によって還元除去するNOx吸蔵触媒機能を備えている。
Thus, the NOx
また、当該NOx吸蔵触媒ユニット30は、担持層に上記いずれかの貴金属36を担持していることで、三元触媒機能をも併せ有している。
これより、NOx吸蔵触媒ユニット30は、排気空燃比がストイキオ或いはリッチ空燃比であるときにおいて、NOxのみならずHC、COをも良好に浄化可能である。
さらに、当該NOx吸蔵触媒ユニット30は、O2ストレージ機能(酸素吸蔵機能、OSCともいう)をも有しており、担持層に例えばセリア(Ce)等のO2ストレージ剤(酸素吸蔵剤、OSC剤)34を担持している。即ち、NOx吸蔵触媒ユニット30は、排気空燃比がリーン空燃比であって酸素濃度過剰雰囲気にあるときにはO2(酸素)を吸蔵し、排気空燃比がリッチ空燃比であって酸素濃度低下雰囲気にあるときには当該吸蔵したO2を放出する機能をも備えている。
The NOx
Thus, the NOx
Further, the NOx
これより、NOx吸蔵触媒ユニット30は、目標となる排気空燃比がストイキオ或いはリッチ空燃比であり、例えば上記O2センサ22によりO2フィードバック制御が実施されるような場合において、排気空燃比がリーン空燃比寄り或いはリッチ空燃比寄りに変動したとしても、変動分がO2ストレージ剤34に吸蔵されるO2によって調整され、触媒雰囲気がストイキオ近傍に良好に維持される。これにより、上記三元触媒機能が最大限発揮される。
Thus, the NOx
より詳しくは、図1に模式的に示すように、O2ストレージ剤(ドット印で示す)34は、担体32のうち排気路上流側領域32aの方が排気路下流側領域32bよりも少なくなるように担持量が設定されている。つまり、NOx吸蔵触媒ユニット30では、排気路下流側領域32bにおけるO2ストレージ量に比べて排気路上流側領域32aにおけるO2ストレージ量の方が少なくなるように設定されている。
More specifically, as schematically shown in FIG. 1, in the O 2 storage agent (indicated by a dot) 34, the exhaust path
また、O2ストレージ剤34は貴金属36の存在によってO2を吸蔵できることが確認されており、ここでは、やはり図1に模式的に示すように、上記貴金属(小○印で示す)36の担持量はO2ストレージ剤34の担持量に応じ、担体32の排気路上流側領域32aの方が排気路下流側領域32bよりも少なくなるように設定されている。
電子コントロールユニット(ECU)40は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM等)、中央処理装置(CPU)等を備えており、当該ECU40により、エンジン1を含めた排気浄化装置の総合的な制御が行われる。
Further, it has been confirmed that the O 2 storage agent 34 can occlude O 2 due to the presence of the
The electronic control unit (ECU) 40 includes an input / output device, a storage device (ROM, RAM, etc.), a central processing unit (CPU), etc., and the
ECU40の入力側には、上述したTPS16、エアフローセンサ18、O2センサ22等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。
一方、ECU40の出力側には、上述の燃料噴射弁6、点火コイル8、スロットル弁14等の各種出力デバイスが接続されている。
これにより、エンジン1の目標空燃比が設定されると、当該目標空燃比に応じて燃料噴射量や燃料噴射時期の指令信号が燃料噴射弁6に出力されるとともに吸入空気量の指令信号がスロットル弁14に出力され、さらに点火時期の指令信号が燃焼順に点火コイル8に出力される。これにより、燃料噴射弁6から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、スロットル弁14が適正な開度とされ、点火プラグ4により適正なタイミングで火花点火が実施される。
Various sensors such as the
On the other hand, various output devices such as the fuel injection valve 6, the ignition coil 8, and the
Thus, when the target air-fuel ratio of the engine 1 is set, a command signal for the fuel injection amount and fuel injection timing is output to the fuel injection valve 6 in accordance with the target air-fuel ratio, and the command signal for the intake air amount is throttled. The ignition timing command signal is output to the ignition coil 8 in the order of combustion. Accordingly, an appropriate amount of fuel is injected from the fuel injection valve 6 at an appropriate timing, the
実際には、ECU40では、TPS16からのスロットル開度情報θthとエンジン回転速度情報Neとに基づいてエンジン負荷に対応する目標平均有効圧Peを求めるようにしており、通常運転制御時には、当該目標平均有効圧Peとエンジン回転速度情報Neとから上記目標空燃比が設定される。
そしてさらに、目標平均有効圧Peとエンジン回転速度Neとに応じて燃料噴射モード設定マップ(図示せず)より燃料噴射モードが設定される。
Actually, the
Further, a fuel injection mode is set from a fuel injection mode setting map (not shown) according to the target average effective pressure Pe and the engine speed Ne.
例えば、目標平均有効圧Peとエンジン回転速度Neとが共に小さいときには、燃料噴射モードは圧縮行程噴射モード(圧縮リーンモード)とされ、燃料はリーン空燃比の下に圧縮行程で噴射され点火プラグ4近傍に集約されて層状燃焼が実施され、一方目標平均有効圧Peが大きくなり或いはエンジン回転速度Neが大きくなると燃料噴射モードは吸気行程噴射モードとされ、燃料は吸気行程で噴射され予混合燃焼が実施される。吸気行程噴射モードには、リーン空燃比(例えば、値18〜値22)で運転する吸気リーンモード、実際の空燃比がストイキオとなるよう上記O2フィードバック制御を行うストイキオフィードバックモード(S−F/Bモード)、リッチ空燃比で運転するオープンループモード(O/Lモード)がある。
For example, when both the target average effective pressure Pe and the engine speed Ne are small, the fuel injection mode is set to the compression stroke injection mode (compression lean mode), and the fuel is injected in the compression stroke under the lean air-fuel ratio, and the spark plug 4 When the target average effective pressure Pe increases or the engine speed Ne increases, the fuel injection mode is set to the intake stroke injection mode, and fuel is injected in the intake stroke, and premixed combustion is performed. To be implemented. The intake stroke injection mode includes an intake lean mode that operates at a lean air-fuel ratio (for example,
また、当該排気浄化装置では、NOx吸蔵触媒ユニット30に吸蔵されたNOx吸蔵量を推定し、NOx吸蔵量が所定量に達したと判定すると、一定期間(例えば、2〜4sec)に亘り空燃比をリッチ空燃比として触媒雰囲気を酸素濃度の低い上記酸素濃度低下雰囲気としてCO、HC等の還元剤を排気路に排出し、NOx吸蔵触媒ユニット30に吸蔵されたNOxを放出し還元するようにしており、即ちNOxパージを行うようにしており、上記各モードの他に当該NOxパージを行うNOxパージモードも備えている。
Further, in the exhaust purification device, when the NOx occlusion amount occluded in the NOx
以下、このように構成された排気浄化装置の作用及び本発明に係る排気浄化触媒装置の作用について説明する。
例えば、上記圧縮リーンモード或いは吸気リーンモードでの運転が行われ、NOx吸蔵触媒ユニット30に吸蔵されたNOx吸蔵量が所定量に達したと判定すると、燃料噴射モードがNOxパージモードに切り換えられ、排気空燃比がリッチ空燃比とされて触媒雰囲気が酸素濃度の低い上記酸素濃度低下雰囲気とされる。これにより、CO、HC等の還元剤が排気路に排出され、NOxパージが開始される。
Hereinafter, the operation of the exhaust purification device configured as described above and the operation of the exhaust purification catalyst device according to the present invention will be described.
For example, when the operation in the compression lean mode or the intake lean mode is performed and it is determined that the NOx occlusion amount occluded in the NOx
この際、上述したように、NOx吸蔵触媒ユニット30にはO2ストレージ剤34が担持されているが、当該O2ストレージ剤34は、担体32のうち排気路上流側領域32aの方が排気路下流側領域32bよりも少なくなるように担持量が設定されている。
従って、排気路下流側領域32bにおけるO2ストレージ量に比べて排気路上流側領域32aにおけるO2ストレージ量の方が少なく、NOxパージを行った場合であっても、排気路上流側領域32aにおいてCO、HC等の還元剤がO2ストレージ剤34に吸蔵されたO2と酸化反応を起こして消費され尽くしてしまうことが好適に防止される。
At this time, as described above, the
Therefore, less towards the O 2 storage amount in the exhaust path
これにより、排気路上流側領域32aに吸蔵されたNOxが放出還元されるとともに、CO、HC等の還元剤が確実に排気路下流側領域32bにまで到達することになり、特にCO、HC等の還元剤を増大させるべく燃料を増量することもなく、排気路下流側領域32bに吸蔵されたNOxが十分に放出還元される。
また、O2が過剰に存在する状況下では当該O2が貴金属36を覆い、当該貴金属36の活性が低下する(酸素被毒)という現象が起こるのであるが、NOxパージ時においてCO、HC等の還元剤が確実に排気路下流側領域32bにまで到達することになると、貴金属36を覆うO2が排気路上流側領域32aのみならず排気路下流側領域32bにおいても還元剤によって確実に除去される。これにより、貴金属36の活性についても十分に回復する。
As a result, NOx occluded in the exhaust path
Moreover, the O 2 covers the
このように、本発明に係る排気浄化触媒装置によれば、簡単な構成でありながら、短いNOxパージ時間で燃費の悪化なく触媒全体として効率よくNOx吸蔵触媒ユニット30のNOx吸蔵能力とともに貴金属36の活性を回復させることができ、排気浄化効率の向上を図ることができる。
即ち、図2を参照すると、本発明に係る排気浄化触媒装置を用いた場合のNOxパージ後の実験結果がNOx吸蔵触媒ユニット30の出口NOx濃度で示されているが、担体32のうち排気路上流側領域32aの方が排気路下流側領域32bよりも少なくなるようにO2ストレージ剤34を担持させることにより(実線)、O2ストレージ剤34を一様に担持した従来の場合(破線)に比べ、NOx吸蔵能力を十分に回復させ、NOx浄化効率ひいては排気浄化効率を向上させることが可能である。なお、図2中にはNOxパージ時の空燃比及びNOx吸蔵触媒ユニット30の入口NOx濃度も併せて示されている(一点鎖線)。
As described above, according to the exhaust gas purification catalyst device of the present invention, the NOx occlusion capacity of the NOx
That is, referring to FIG. 2, the experimental result after the NOx purge when the exhaust purification catalyst device according to the present invention is used is shown by the outlet NOx concentration of the NOx
また、ここでは、貴金属36の担持量をO2ストレージ剤34の担持量に応じて担体32の排気路上流側領域32aの方が排気路下流側領域32bよりも少なくなるように設定しているので、NOx吸蔵触媒ユニット30に比較的高価な貴金属36を過不足なく効果的に担持することができる。
但し、必ずしも貴金属36の担持量を変える必要はなく、貴金属36については担体32に一様に担持するようにしてもよい。
Here, the amount of the
However, it is not always necessary to change the amount of the
ところで、上記実施形態では、担体32を排気路上流側領域32aと排気路下流側領域32bとに二分してO2ストレージ剤34の担持量を違えるようにしたが、他の実施例として、図3に示すように、O2ストレージ剤34の担持量を排気路上流側領域32aから排気路下流側領域32bにかけて徐々に増加(グラデーション)させるようなNOx吸蔵触媒ユニット30’としてもよい。
By the way, in the above embodiment, the
このようにすれば、触媒全体でより一層効率よくNOx吸蔵触媒ユニット30のNOx吸蔵能力と貴金属36の活性とを回復させることができる。
また、これに合わせ、同図に示すように、貴金属36の担持量についても排気路上流側領域32aから排気路下流側領域32bにかけて徐々に増加(グラデーション)させるようにしてもよい。
In this way, the NOx occlusion capacity of the NOx
In accordance with this, as shown in the figure, the carrying amount of the
なお、上記実施形態では、エンジン1として筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンを用いる場合を例に説明したが、これに限られず、エンジン1はディーゼルエンジンや、吸気管噴射型ガソリンエンジンであってもよい。 In the above embodiment, the case where an in-cylinder injection type spark ignition type gasoline engine is used as the engine 1 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the engine 1 is a diesel engine or an intake pipe injection type gasoline engine. Also good.
1 エンジン(内燃機関)
4 点火プラグ
6 燃料噴射弁
30 30’ NOx吸蔵触媒ユニット(排気浄化触媒装置)
32 担体
32a 排気路上流側領域
32b 排気路下流側領域
34 O2ストレージ剤(酸素吸蔵剤)
36 貴金属
40 電子コントロールユニット(ECU)
1 engine (internal combustion engine)
4 Spark plug 6
32
36
Claims (3)
前記担持層は、該担持層の排気路上流側領域から排気路下流側領域までの略全体に亘って酸素吸蔵剤を担持し、
該酸素吸蔵剤の担持量は、前記担体の排気路上流側領域の方が排気路下流側領域よりも少なく設定されていることを特徴とする排気浄化触媒装置。 A single carrier having a large number of through holes arranged in the exhaust passage and penetrating in the axial direction, and a support layer made of a refractory inorganic oxide formed on the inner surface defining the through holes, It carries a noble metal and a NOx storage catalyst that stores NOx in the exhaust when the exhaust air-fuel ratio is lean and releases the stored NOx when the exhaust air-fuel ratio is stoichiometric or rich. In the exhaust purification catalyst device,
The carrier layer carries an oxygen storage agent over substantially the entire region from the upstream side region of the exhaust passage to the downstream side region of the exhaust passage ,
The amount of the oxygen storage agent supported is set in the exhaust gas upstream side region of the carrier smaller than the exhaust gas downstream side region.
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