JP4626439B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
リーン空燃比での燃焼を実施する内燃機関が公知であり、このような内燃機関の排気通路には、NOXを浄化するためのNOX触媒装置が配置されている。NOX触媒装置は、酸素濃度の高いリーン空燃比の排気ガスからNOXを良好に吸蔵するものであるが、無制限にNOXを吸蔵することはできない。それにより、NOX触媒装置のNOX吸蔵量が飽和する以前に、排気ガス中の酸素濃度を低下させることにより吸蔵されたNOXを放出させ、放出させたNOXを排気ガス中の未燃HC及びCO等の還元物質により還元浄化させるNOX触媒装置の再生処理が必要となる。 Internal combustion engine to carry out combustion at a lean air-fuel ratio are known, the exhaust passage of such an internal combustion engine, NO X catalyst device for purifying NO X is arranged. The NO x catalyst device can store NO x well from a lean air-fuel ratio exhaust gas with a high oxygen concentration, but cannot store NO x without limitation. Thus, before the NO X storage amount of the NO X catalyst device is saturated, to release the occluded NO X by lowering the oxygen concentration in the exhaust gas, unburned exhaust gas NO X which were released It is necessary to regenerate the NO x catalyst device for reducing and purifying with reducing substances such as HC and CO.
一般的に、排気ガス中の酸素濃度を低下させると共に排気ガス中に未燃HC等を存在させるために、燃焼空燃比をリッチにしたり、また、膨張行程又は排気行程において気筒内へ燃料を噴射したりすることが実施されているが、このように気筒内の空燃比をリッチにすると、気筒内でのパティキュレートの生成量が増加してしまう。 Generally, in order to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas and to make unburned HC etc. exist in the exhaust gas, the combustion air-fuel ratio is made rich, or fuel is injected into the cylinder in the expansion stroke or exhaust stroke However, if the air-fuel ratio in the cylinder is made rich in this way, the amount of particulate generation in the cylinder increases.
それにより、パティキュレートの生成量が増加しないように、機関排気系に微粒子状の燃料を供給することが実施されているが、微粒子状の燃料は酸素及びNOXと良好に反応しない。それにより、微粒子状の燃料を単に排気通路へ供給しても、排気ガス中の酸素濃度を良好に低下させることはできず、また、NOX触媒装置から放出されたNOXを良好に還元浄化することもできない。 Thereby, as the amount of particulates does not increase, but to supply the particulate fuel is carried into the engine exhaust system, particulate fuel is not well react with oxygen and NO X. Thereby be supplied to the particulate fuel simply exhaust passage, it can not be reduced satisfactorily oxygen concentration in the exhaust gas, also satisfactorily reduce and purify the released NO X from NO X catalyst device I can't do that either.
この問題を解決することを意図して、機関排気系の燃料供給装置とNOX触媒装置との間にHC吸着酸化装置を配置して、燃料供給装置から供給された微粒子状の燃料をHC吸着酸化装置に吸着させてから蒸発により反応性の高い気体状として放出することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。こうして放出された気体状燃料は、HC吸着酸化装置において排気ガス中の酸素と良好に反応してNOX触媒装置へ流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させると共に、NOX触媒装置へ流入してNOX触媒装置から放出されたNOXと良好に反応してNOXを還元浄化させる。 Intended to solve this problem, by disposing a HC adsorbing oxidizer between the engine exhaust system fuel supply device and the NO X catalyst device, the particulate fuel supplied from the fuel supply device HC adsorbing It has been proposed that the gas is adsorbed by an oxidizer and then released as a highly reactive gas by evaporation (see, for example, Patent Document 1). Gaseous fuel that has been thus released, along with lowering the oxygen concentration in the exhaust gas flowing in good react with oxygen in the exhaust gas in the HC adsorbing oxidizer to NO X catalyst device flows into the NO X catalyst device and reacted well with released NO X from NO X catalyst device is reduced purify NO X Te.
この排気浄化装置においては、燃焼時に発生する未燃HC等をHC吸着酸化装置に吸着しておき、この吸着HCがHC吸着酸化装置において排気ガス中の酸素を使用して燃焼を開始すると、燃料供給装置から微粒子状の燃料が供給され、NOX触媒装置の再生処理を実施するようになっている。 In this exhaust purification device, unburned HC generated during combustion is adsorbed to the HC adsorption oxidation device, and when this adsorption HC starts combustion using oxygen in the exhaust gas in the HC adsorption oxidation device, Particulate fuel is supplied from the supply device, and the regeneration process of the NO x catalyst device is performed.
従って、前述の排気浄化装置では、NOX触媒装置のNOX吸蔵量が飽和直前となって再生処置が必要であるにも係わらずに、既にHC吸着酸化装置に吸着されているHCが燃焼を開始しなければ、再生処理が実施されないこととなる。それにより、NOX触媒装置において再生処理が必要と判断された時には、NOX触媒装置のNOX吸蔵量に応じた再生処理期間において、HC吸着酸化装置へ吸着させた微粒子状燃料が徐々に気体状燃料として放出され、HC吸着酸化装置において排気ガス中の酸素の殆どを消費して燃焼し、余剰分の気体状燃料を含む僅かにリッチな空燃比の排気ガスをNOX触媒装置へ流入させて放出されるNOXを還元浄化し、こうしてNOX触媒装置に吸蔵されているNOXを全て還元浄化するようにすることが考えられる。そのためには、NOX触媒装置において再生処理が必要と判断された時には、再生処理に必要な燃料量を、燃料供給装置によってHC吸着酸化装置の上流側へ供給することとなる。 Thus, the exhaust gas purifying apparatus described above, even though the NO X storage amount of the NO X catalyst device is required regeneration treatment becomes saturated immediately before, the HC that is already adsorbed on the HC adsorbing oxidizer combustion If it does not start, the reproduction process will not be performed. Thereby, when the reproduction process is judged to be necessary in NO X catalyst device, NO X in the reproduction processing period corresponding to the NO X storage amount of the catalyst device, particulate fuel gradually gas adsorbed to the HC adsorbing oxidizer is released as Jo fuel, burned to consume most of the oxygen in the exhaust gas in the HC adsorbing oxidizer, allowed to flow into the exhaust gas slightly richer containing excess gaseous fuel to the NO X catalyst device the NO X released by reduction purification Te, thus it is considered to be all reduced and purified NO X that is occluded in the NO X catalyst device. For this purpose, when it is determined that the regeneration process is necessary in the NO x catalyst device, the fuel amount necessary for the regeneration process is supplied to the upstream side of the HC adsorption oxidizer by the fuel supply device.
こうしてHC吸着酸化装置の上流側へ供給された微粒子状の燃料は、HC吸着酸化装置に吸着された後に蒸発して気体状燃料として放出され、前述のようにHC吸着酸化装置において燃焼して排気ガス中の酸素を消費することとなるが、微粒子状燃料の供給直前のHC吸着酸化装置の温度が比較的低い時には、蒸発燃料を燃焼させてもHC吸着酸化装置の温度がそれほど高くはならず、HC吸着酸化装置に吸着された燃料が少なくなると、燃料の蒸発が起こり難くなって、一部の燃料がHC吸着酸化装置に残留することがある。 The particulate fuel thus supplied to the upstream side of the HC adsorption / oxidation device is adsorbed by the HC adsorption / oxidation device and then evaporated to be released as a gaseous fuel. Although oxygen in the gas is consumed, when the temperature of the HC adsorption oxidizer immediately before the supply of the particulate fuel is relatively low, the temperature of the HC adsorption oxidizer does not become so high even if the evaporated fuel is burned. When the amount of fuel adsorbed by the HC adsorption / oxidation device decreases, the fuel hardly evaporates and some fuel may remain in the HC adsorption / oxidation device.
こうしてHC吸着酸化装置に燃料が残留していると、次回の再生処理において、必要量として供給された微粒子状燃料の全てをHC吸着酸化装置が吸着できないことあり、この時には、吸着されない微粒子燃料は、反応性が低いために、NOX触媒装置を単に通過して排気エミッションを悪化させることとなる。 If fuel remains in the HC adsorption oxidizer in this way, the HC adsorption oxidizer may not be able to adsorb all the particulate fuel supplied as the required amount in the next regeneration process. At this time, the particulate fuel that is not adsorbed Since the reactivity is low, the exhaust emission is deteriorated by simply passing through the NO x catalyst device.
従って、本発明の目的は、NOX触媒装置と、NOX触媒装置の排気上流側に配置されたHC吸着酸化装置と、NOX触媒装置の再生処理に必要な量の微粒子状燃料をHC吸着酸化装置へ供給する燃料供給装置とを具備する内燃機関の排気浄化装置において、HC吸着酸化装置に吸着されずにNOX触媒装置を通過する微粒子状燃料による排気エミッションの悪化を抑制することである。 Accordingly, an object of the present invention, NO X catalyst device and, NO X catalyst and HC adsorbing oxidizer disposed in an exhaust upstream side of the device, NO X catalyst device regeneration process the amount of particulate fuel required to the HC adsorption In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine having a fuel supply device for supplying to an oxidizer, it is intended to suppress the deterioration of exhaust emission due to particulate fuel that passes through the NO x catalyst device without being adsorbed by the HC adsorption oxidizer. .
本発明による請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスの空燃比がリーンの時には排気ガス中のNOXを吸蔵し、排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチの時には吸蔵したNOXを放出するNOX触媒装置と、前記NOX触媒装置の排気上流側に配置されて排気ガス中の炭化水素を吸着すると共に酸化機能を有するHC吸着酸化装置と、前記NOX触媒装置からNOXを放出させて還元浄化する再生処理に必要な量の微粒子状燃料を、前記HC吸着酸化装置へ供給する燃料供給装置とを具備し、残留燃料推定手段を備え、今回の再生処理に際して前記HC吸着酸化装置内に前記残留燃料が存在すると判断された時にだけ、前回の再生処理のために前記燃料供給装置により微粒子状燃料が供給されてから今回の再生処理のために前記燃料供給装置から微粒子状燃料が供給されるまでの間において、前記HC吸着酸化装置を昇温させる昇温制御を実施することを特徴とする。
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to
本発明による請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスの空燃比がリーンの時には排気ガス中のNO X を吸蔵し、排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチの時には吸蔵したNO X を放出するNO X 触媒装置と、前記NO X 触媒装置の排気上流側に配置されて排気ガス中の炭化水素を吸着すると共に酸化機能を有するHC吸着酸化装置と、前記NO X 触媒装置からNO X を放出させて還元浄化する再生処理に必要な量の微粒子状燃料を、前記HC吸着酸化装置へ供給する燃料供給装置とを具備し、前回の再生処理のために前記燃料供給装置により微粒子状燃料が供給されてから今回の再生処理のために前記燃料供給装置から微粒子状燃料が供給されるまでの間において、前記HC吸着酸化装置を昇温させる昇温制御を実施し、前記昇温制御が実施されてから今回の再生処理に際して前記燃料供給装置から微粒子状燃料を供給するまでの間に、前記HC吸着酸化装置の温度低下期間を設けることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine stores NO x in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, and stores when the air-fuel ratio of the exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio or rich. and NO X catalyst device that releases the NO X, and HC adsorption oxidizer having an oxidizing function while adsorbing hydrocarbons of the NO X catalyst exhaust gas is disposed in the exhaust upstream side of the device, the NO X catalyst device from the amount of particulate fuel necessary for the reproduction processing to reduce and purify by releasing NO X, comprising a fuel supply device for supplying to the HC adsorbing oxidizer, by the fuel supply device for the previous regeneration processing During the period from when the particulate fuel is supplied until the particulate fuel is supplied from the fuel supply device for the current regeneration process, temperature rise control is performed to raise the temperature of the HC adsorption oxidation device, and During the time of this reproduction process from the control is carried out from said fuel supply device until supply particulate fuel, and providing a temperature drop period of the HC adsorbing oxidizer.
本発明による請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記昇温制御が実施されてから今回の再生処理に際して前記燃料供給装置から微粒子状燃料を供給するまでの間に、前記HC吸着酸化装置の温度低下期間を設けることを特徴とする。
An exhaust purification system of an internal combustion engine according to
本発明による内燃機関の排気浄化装置によれば、前回の再生処理のために燃料供給装置により微粒子状燃料が供給されてから今回の再生処理のために燃料供給装置から微粒子状燃料が供給されるまでの間において、HC吸着酸化装置を昇温させる昇温制御を実施してHC吸着酸化装置内に残留燃料が殆ど存在しないようにしている。それにより、前回の再生処理のために燃料供給装置により供給された微粒子状燃料の一部がHC吸着酸化装置に残留していても、昇温制御によって強制的に残留燃料は放出されるために、今回の再生処理において燃料供給装置により供給された必要量の微粒子状燃料のほぼ全てをHC吸着酸化装置に吸着させることができ、その一部が残留燃料によってHC吸着酸化装置に吸着させることができずにNOX触媒装置を通過して排気エミッションを悪化させることは抑制される。 According to the exhaust purification system of the internal combustion engine that by the present invention, the particulate fuel from a fuel supply system for this regeneration process from the supply of the particulate fuel from the fuel supply system for the previous regeneration processing Until it is supplied, temperature increase control is performed to raise the temperature of the HC adsorption oxidizer so that almost no residual fuel exists in the HC adsorption oxidizer. As a result, even if a part of the particulate fuel supplied by the fuel supply device for the previous regeneration process remains in the HC adsorption oxidizer, the residual fuel is forcibly released by the temperature rise control. In the current regeneration process, almost all of the required amount of particulate fuel supplied by the fuel supply device can be adsorbed by the HC adsorption oxidizer, and a part of it can be adsorbed by the residual fuel on the HC adsorption oxidizer. It is possible to prevent the exhaust emission from being deteriorated by passing through the NO x catalyst device without being able to be performed.
本発明による請求項1又は3に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、さらに、残留燃料推定手段を備え、今回の再生処理に際してHC吸着酸化装置内に残留燃料が存在すると判断された時にだけ、昇温制御が実施されるようになっているために、HC吸着酸化装置に残留燃料が存在していない時に不必要に昇温制御が実施されることは防止される。
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to
本発明による請求項2又は3に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、さらに、昇温制御が実施されてから今回の再生処理に際して燃料供給装置から微粒子状燃料を供給するまでの間に、HC吸着酸化装置の温度低下期間が設けられている。それにより、昇温制御により昇温されたHC吸着酸化装置の温度が温度低下期間によって低下した後に、燃料供給装置から微粒子状燃料が供給されることになるために、比較的多量の微粒子状燃料をHC吸着酸化装置に吸着させることが可能となる。
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to
図1は本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。同図において、1はターボチャージャである。ターボチャージャ1のコンプレッサ1aは内燃機関の吸気マニホルドIMへ通じる吸気通路2に配置され、一方、ターボチャージャ1のタービン1bは内燃機関の排気マニホルドEMへ通じる排気通路3に配置されている。内燃機関は、希薄燃焼を実施する内燃機関(例えばディーゼルエンジン)であり、排気ガス中には比較的多くのNOXが含まれている。
FIG. 1 is a schematic view showing an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. In the figure, 1 is a turbocharger. The
このNOXを浄化するために、排気通路3のタービン1bより下流側には、NOX触媒装置6が配置されている。NOX触媒装置6は、アルミナ等を使用して以下に説明するNOX吸蔵触媒と白金Ptのような貴金属触媒とが担持されたモノリス担体又はペレット担体を有するものである。また、NOX触媒装置6は、排気ガスがコージライトのような多孔質材料から形成された隔壁を通過するようにしたパティキュレートフィルタの隔壁表面及び細孔内にNOX吸蔵触媒と貴金属触媒を担持させたものとしても良い。
In order to purify this NO x , a NO x catalyst device 6 is disposed downstream of the
NOX吸蔵触媒は、例えば、カリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類金属、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つである。このNOX吸蔵触媒は、排気ガスの空燃比がリーンの時、すなわち、酸素濃度が高い時にはNOXを吸蔵し、空燃比が理論空燃比又はリッチになると、すなわち、酸素濃度が低下すると、吸蔵したNOXを放出するNOXの吸放出作用を行う。このNOXの吸放出に際して、活性酸素が放出され、この活性酸素は輝炎を発生させることなくパティキュレートを酸化除去することができるために、NOX触媒装置6をパティキュレートフィルタとすれば、捕集されたパティキュレートは自動的に酸化除去される。 The NO x storage catalyst is selected from, for example, alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li and cesium Cs, alkaline earth metals such as barium Ba and calcium Ca, and rare earths such as lanthanum La and yttrium Y. Is at least one. This the NO X storage catalyst, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, i.e., occludes NO X when the oxygen concentration is high, the air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich, that is, when the oxygen concentration is lowered, storage carry out the absorption and release action of NO X to release the NO X. When this NO x is absorbed and released, active oxygen is released, and this active oxygen can oxidize and remove particulates without generating a luminous flame. Therefore, if the NO x catalyst device 6 is a particulate filter, The collected particulates are automatically oxidized and removed.
ところで、NOX触媒装置6は、無制限にNOXを吸蔵することはできず、NOXの放出作用を利用して、NOX触媒装置のNOX吸蔵量が飽和する以前に、排気ガスの空燃比をリッチして、吸蔵されたNOXを放出させて還元浄化するNOX触媒装置の再生処理を実施することが必要となる。 By the way, the NO X catalyst device 6 cannot store NO X without limitation, and the exhaust gas is exhausted before the NO X storage amount of the NO X catalyst device is saturated by using the NO X releasing action. It is necessary to perform a regeneration process of the NO x catalyst device that enriches the fuel ratio and releases the stored NO x to reduce and purify it.
排気ガスの空燃比をリッチするために、燃焼空燃比をリッチにしたり、膨張行程又は排気行程において気筒内へ燃料を噴射したりすると、排気ガス中に比較的多くのパティキュレートが含まれることとなる。それにより、本実施形態では、NOX触媒装置6を再生処理するために、機関排気通路3のタービン1bの上流側には、燃料供給装置4が配置されており、排気ガス中へ微粒子状燃料を供給するようになっている。
If the combustion air-fuel ratio is made rich or the fuel is injected into the cylinder in the expansion stroke or exhaust stroke in order to enrich the air-fuel ratio of the exhaust gas, a relatively large amount of particulates is included in the exhaust gas. Become. Thereby, in the present embodiment, in order to regenerate the NO x catalyst device 6, the fuel supply device 4 is disposed on the upstream side of the
しかしながら、排気ガス中へ単に微粒子状燃料を供給しても、僅かに蒸発する気化燃料を除き微粒子状燃料のままでは反応性が低く、排気ガス中の酸素を使用して良好に燃焼したり、NOX触媒装置6からNOXが放出されたとしても、このNOXを良好に還元浄化したりすることはできない。それにより、燃料供給装置4とNOX触媒装置6との間には(本実施形態では、同一ケース内におけるNOX触媒装置6の直上流側)、HC吸着酸化装置5が配置され、燃料供給装置4から供給された微粒子状燃料をHC吸着酸化装置5が吸着してから蒸発により反応性の高い気体状燃料として放出するようにしている。 However, even if particulate fuel is simply supplied into the exhaust gas, the reactivity of the particulate fuel is low with the exception of vaporized fuel that slightly evaporates, and it burns well using oxygen in the exhaust gas, nO X catalyst device as 6 nO X is released, it is not possible or favorably reduces and purifies the nO X. Thereby, between the fuel supply device 4 and the NO X catalyst device 6 (in the present embodiment, immediately upstream of the NO X catalyst device 6 in the same casing), HC adsorbing oxidizer 5 is disposed, the fuel supply The particulate fuel supplied from the apparatus 4 is released as a highly reactive gaseous fuel by evaporation after being adsorbed by the HC adsorption / oxidation apparatus 5.
HC吸着酸化装置5は、ゼオライトのような細孔構造を有する比表面積の大きな材料(例えば、ゼオライトの一種であるモルデナイト)から形成されたハニカム構造を有し、多数の軸線方向に延在する隔壁によって細分された多数の軸線方向空間を有している。各隔壁の両側表面上及び細孔内表面には白金Ptのような貴金属触媒が担持されている。 The HC adsorption oxidizer 5 has a honeycomb structure formed of a material having a large specific surface area such as zeolite (for example, mordenite, which is a kind of zeolite), and has a plurality of partition walls extending in the axial direction. Has a number of axial spaces subdivided by. A noble metal catalyst such as platinum Pt is supported on both side surfaces of the partition walls and the inner surface of the pores.
このように構成されたHC吸着酸化装置5は、各隔壁の表面上及び細孔内に微粒子状の液体燃料を良好に吸着し、蒸発によって気体状燃料として徐々に放出する。蒸発時の気体状燃料の炭素数は多いが、貴金属触媒によってクラッキングされて炭素数の少ないHCに改質される。この改質された気体状のHCは貴金属触媒によって直ちに排気ガス中の酸素と反応して酸化される。このようにしてHC吸着酸化装置に吸着された微粒子状燃料は、蒸発して排気ガス中の殆どの酸素と良好に反応して排気ガス中の酸素濃度を低下させると共に排気ガス中に気体状のHCとして残存する。こうして、酸素濃度が低下した排気ガス(例えば、14.0程度のリッチ空燃比の排気ガス)がNOX触媒装置6へ流入すると、NOX触媒装置6からはNOXが放出され、放出されたNOXを排気ガス中に残存する気体状のHCによって良好に還元浄化することができる。 The HC adsorption / oxidation apparatus 5 configured as described above adsorbs fine liquid fuel finely on the surface of each partition wall and in the pores, and gradually releases it as a gaseous fuel by evaporation. Although the gaseous fuel has a large number of carbon during evaporation, it is cracked by a noble metal catalyst and reformed to HC having a small number of carbon. The reformed gaseous HC is immediately oxidized by the noble metal catalyst by reacting with oxygen in the exhaust gas. The particulate fuel adsorbed by the HC adsorption / oxidation device in this way evaporates and reacts well with most of the oxygen in the exhaust gas to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas and to reduce the gaseous concentration in the exhaust gas. It remains as HC. Thus, the exhaust gas oxygen concentration is lowered (e.g., 14.0 degree of the exhaust gas of a rich air-fuel ratio) when flows into NO X catalyst device 6, NO X is released from the NO X catalyst device 6, it was released NO x can be reduced and purified well by the gaseous HC remaining in the exhaust gas.
ところで、HC吸着酸化装置5へ吸着させることができる微粒子状燃料量は、図2に示すようにHC吸着酸化装置5の温度が高いほど少なくなり、また、図3に示すようにHC吸着酸化装置5内の排気ガスの空間速度、すなわち、排気ガスの流速が速いほど少なくなる。もし、燃料供給装置4によってHC吸着酸化装置5へ吸着させることができる微粒子状燃料量を超えて燃料が供給されても、この超過分の燃料は、反応性の低い微粒子状燃料としてNOX触媒装置6を単に通過して排気エミッションを悪化させるだけである。 By the way, the amount of particulate fuel that can be adsorbed to the HC adsorption oxidizer 5 decreases as the temperature of the HC adsorption oxidizer 5 increases as shown in FIG. 2, and the HC adsorption oxidizer as shown in FIG. As the space velocity of the exhaust gas in 5, that is, the flow rate of the exhaust gas is faster, it becomes smaller. Even if supplied fuel exceeds the particulate fuel amount which can be adsorbed to the HC adsorbing oxidizer 5 by the fuel supply device 4, the fuel of this excess is, NO X catalyst as less reactive particulate fuel It simply passes through the device 6 and worsens exhaust emissions.
こうして、燃料供給装置4から供給される燃料量は、図4に示すように、回転数及び負荷により定められる機関運転状態毎のHC吸着酸化装置5における吸着可能最大量にほぼ一致するように設定されており、すなわち、低回転低負荷時には、排気ガス温度が低いためにHC吸着酸化装置5の温度が低くなり、また、排気ガスの流速も遅くなるために、供給燃料量は多く設定され、一方、高回転高負荷時には、排気ガス温度が高いためにHC吸着酸化装置5の温度が高くなり、また、排気ガスの流速も速くなるために、供給燃料量は少なく設定される。このように設定された供給燃料量でも非常に短時間で排気ガス中へ供給されると、HC吸着酸化装置5へ流入する排気ガス中の微粒子状燃料の濃度が非常に高くなり、HC吸着酸化装置5へ吸着され難くなるために、HC吸着酸化装置5へ流入する排気ガスの空燃比がほぼ1からほぼ7の範囲内となるように供給燃料量の供給時間が設定されることが好ましい。 Thus, as shown in FIG. 4, the amount of fuel supplied from the fuel supply device 4 is set so as to substantially match the maximum adsorbable amount in the HC adsorption / oxidation device 5 for each engine operating state determined by the rotational speed and load. That is, at the time of low rotation and low load, since the exhaust gas temperature is low, the temperature of the HC adsorption oxidizer 5 becomes low, and the flow rate of the exhaust gas also becomes slow. On the other hand, when the engine speed is high and the load is high, the temperature of the HC adsorption oxidizer 5 is increased because the exhaust gas temperature is high, and the flow rate of the exhaust gas is also increased. If the supplied fuel amount set in this way is supplied into the exhaust gas in a very short time, the concentration of the particulate fuel in the exhaust gas flowing into the HC adsorption oxidizer 5 becomes very high, and the HC adsorption oxidation. In order to make it difficult to be adsorbed by the device 5, it is preferable to set the supply time of the supplied fuel amount so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the HC adsorption / oxidation device 5 is in the range of approximately 1 to approximately 7.
このように、NOX触媒装置6の再生処理時において、機関運転状態毎に燃料供給装置4から供給される燃料量が設定されているために、設定された供給燃料量において排気ガス中の酸素の消費に使用される以外の気体状とされるHC量(排気ガス中に残存するHC量)に対応するNOX量しか還元浄化することができない。すなわち、機関運転状態毎にNOX触媒装置6から放出させて還元浄化することができるNOX量は、図4に示す供給燃料量と同じ傾向となり、すなわち、低回転低負荷時には、比較的多量のNOXを還元浄化させることができ、一方、高回転高負荷時には、比較的少量のNOXしか還元浄化させることができない。こうして、機関運転状態毎に再生処理における還元浄化可能なNOX量が設定され、機関運転状態毎の供給燃料量は、機関運転状態毎の再生処理に必要な燃料量となる。 Thus, during the regeneration process of the NO x catalyst device 6, the amount of fuel supplied from the fuel supply device 4 is set for each engine operating state, so oxygen in the exhaust gas at the set supply fuel amount. It is possible to reduce and purify only the NO x amount corresponding to the gaseous HC amount (HC amount remaining in the exhaust gas) other than that used for consumption. Namely, NO X amount which can be reduced and purified by release from NO X catalyst device 6 for each engine operating state becomes the same trend as the supply amount of fuel shown in FIG. 4, i.e., at low speed and low load, a relatively large amount of the nO X to be able to be reduced and purified, whereas, at the time of high rotation and high load, a relatively small amount of the nO X can only be reduced and purified. Thus, the amount of NO x that can be reduced and purified in the regeneration process is set for each engine operating state, and the amount of fuel supplied for each engine operating state becomes the amount of fuel necessary for the regeneration process for each engine operating state.
図5は、本実施形態の排気浄化装置においてNOX触媒装置6の再生処理を実施するためのフローチャートである。先ず、ステップ101において、現在の機関運転状態における単位時間当たりのNOXの排出量NOXAが算出される。この排出量NOXAは、例えば機関運転状態毎に予めマップ化しておくこともできる。次いで、ステップ102においては、単位時間当たりのNOXの排出量NOXAが、NOX触媒装置6のNOX吸蔵量ΣNOXとして積算される。
FIG. 5 is a flowchart for carrying out the regeneration process of the NO x catalyst device 6 in the exhaust purification device of the present embodiment. First, in
次いで、ステップ103では、現在の機関運転状態における還元浄化可能なNOX量NXが算出される。このNOX量NXは、前述したように設定されており、例えば機関運転状態毎に予めマップ化しておくことができる。ステップ104では、NOX吸蔵量ΣNOXが還元浄化可能なNOX量NXに達しているか否かが判断され、この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時には、NOX触媒装置6の再生時期であり、ステップ105へ進む。
Next, at
ステップ105では、前回の再生処理において燃料供給装置4が燃料を供給してから今までに、HC吸着酸化装置5の温度が設定温度以上となっている積算時間Tが設定積算時間T1以上であるか否かが判断される。HC吸着酸化装置5の温度は、HC吸着酸化装置5に温度センサを配置して直接的に監視すれば良い。また、HC吸着酸化装置5の温度を、機関運転状態毎の測定又は推定されるHC吸着酸化装置5へ流入する排気ガス温度に基づき推定するようにしても良いが、この場合には、再生処理において吸着された燃料が蒸発して放出される際にHC吸着酸化装置5において排気ガス中の酸素を利用して燃焼するために、この燃焼熱による昇温も考慮する必要がある。ステップ105における判断が肯定される時には、前回の再生処理において燃料供給装置4が燃料を供給してから今までに、HC吸着酸化装置5の温度は、少なくとも設定積算時間において設定温度以上となっており、前回の再生処理において吸着した燃料はほぼ全て放出されていると推定することができ、ステップ108へ進んで、現在の機関運転状態に対して設定されている供給燃料量を今回の再生処理に必要な燃料量として燃料供給装置4により排気ガス中へ供給する。
In
こうして供給された微粒子状燃料は、ほぼ全てHC吸着酸化装置5に吸着されるために、吸着しきれない燃料が存在してNOX触媒装置6を通過するようなことは殆どない。しかしながら、ステップ105の判断が否定される時には、前回の再生処理において燃料供給装置4が燃料を供給してから今までに、HC吸着酸化装置5の温度がそれほど高まっておらず、又は、設定温度以上に高まっても短時間であり、前回の再生処理において吸着した燃料の一部が残留していると推定される。この場合において、現在の機関運転状態においてHC吸着酸化装置5の吸着可能最大量にほぼ一致するように設定された供給燃料量が燃料供給装置4によって供給されれば、HC吸着酸化装置5に残留する燃料分は吸着することはできず、微粒子状燃料としてNOX触媒装置6を通過して排気エミッションを悪化させることとなる。
Particulate fuel supplied in this way in order to be adsorbed to almost any HC adsorbing oxidizer 5, such that there is little to pass through the NO X catalyst device 6 exist fuel that can not be adsorbed. However, when the determination in
それにより、ステップ105の判断が否定される時には、ステップ106において、HC吸着酸化装置5を昇温させる昇温制御が実施され、HC吸着酸化装置5の残留燃料を強制的に放出させる。こうして放出される燃料は、気体状であり、HC吸着酸化装置5において排気ガス中の酸素を使用して燃焼し、NOX触媒装置6をそのまま通過して排気エミッションを悪化させることはない。この昇温制御としては、HC吸着酸化装置5に電気ヒータ7を配置して、この電気ヒータ7を作動すれば良い。また、HC吸着酸化装置5の下流側に排気絞り弁を設けて、この排気絞り弁を閉弁することにより、排気ガスの熱をHC吸着酸化装置5の昇温に有効利用するようにしても良く、内燃機関の燃料噴射弁によりポスト燃料噴射を実施して内燃機関から排出される排気ガス温度を高めるようにしても良い。このような昇温制御によって、HC吸着酸化装置5の温度を少なくとも設定積算時間において設定温度以上とするのと同等のエネルギをHC吸着酸化装置5へ与えることにより、HC吸着酸化装置5の残留燃料をほぼ完全に放出させるようにする。
Thus, when the determination in
次いで、ステップ107において、昇温制御の完了から設定時間が経過したか否かが判断される。この判断が肯定されてからステップ108において燃料供給装置4により燃料を供給することとなる。この設定時間は、昇温制御により昇温されたHC吸着酸化装置5の温度が昇温制御前の現在の機関運転状態に対応する温度に低下するまでの温度低下期間である。ステップ107の判断が省略されて、昇温制御完了直後に燃料供給装置4により燃料を供給するのであれば、燃料供給装置4による供給燃料量は、昇温制御により高まったHC吸着酸化装置5の温度に適した量へ減量されなければならず、これに対応して、ステップ104の判断の閾値とした還元浄化可能なNOX量NXも同様に減量しておかなければならない。
Next, at
本フローチャートのステップ105において、前回の再生処理において燃料供給装置4が燃料を供給してから今までに、HC吸着酸化装置5の温度が、少なくとも設定積算時間において設定温度以上となっているか否かを判断するようにしたが、HC吸着酸化装置5の温度が設定温度より高くなっているほど、設定積算時間を短くするようにしても良い。
In
また、本フローチャートにおいては、ステップ105の判断が否定された時にだけ昇温制御を実施するようにしたが、HC吸着酸化装置の温度を測定及び推定することなくステップ105の判断を省略して、前回の再生処理のために燃料供給装置4により微粒子状燃料が供給されてから今回の再生処理のために燃料供給装置4から微粒子状燃料が供給されるまでの間において、必ず昇温制御を実施するようにしても良い。本実施形態においては、NOX触媒装置6の再生処理に際して、昇温制御が実施され、その後の温度低下期間が設けられるために、これらの間にNOX触媒装置6にさらにNOXが吸蔵されることを考慮して、ステップ104の判断の閾値は、還元浄化可能なNOX量NXから設定量だけ減少させるようにしても良い。
Further, in this flowchart, the temperature increase control is performed only when the determination of
3 排気通路
5 HC吸着酸化装置
6 NOX触媒装置
7 電気ヒータ
3 Exhaust passage 5 HC adsorption oxidation device 6 NO X catalyst device 7 Electric heater
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