JP4867655B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
この発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
従来、例えば、特開2002−89246号公報に開示されているように、NOx捕捉触媒を有する排気ガス浄化装置が知られている。上記従来の技術では、内燃機関の排気通路に、触媒とともに、NOxを吸着しうる物質(以下、NOx吸着物質とも呼称する)および吸蔵しうる物質(以下、NOx吸蔵物質とも呼称する)が備え付けられている。このような構成において、リーン雰囲気中では排気ガス中のNOxがNOx捕捉触媒に捕捉される。そして、リッチ雰囲気において、捕捉されていたNOxが還元、分解される仕組みになっている。 Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-89246, an exhaust gas purification device having a NOx trapping catalyst is known. In the above-described conventional technique, a substance capable of adsorbing NOx (hereinafter also referred to as NOx adsorbing substance) and a substance capable of being occluded (hereinafter also referred to as NOx occlusion substance) are provided in the exhaust passage of the internal combustion engine together with the catalyst. ing. In such a configuration, NOx in the exhaust gas is trapped by the NOx trapping catalyst in a lean atmosphere. In the rich atmosphere, the trapped NOx is reduced and decomposed.
上記の反応が円滑に行われるには、触媒が活性温度に達し、その活性機能を十分に発揮している状態が望ましい。しかしながら、内燃機関の始動時には、触媒温度が低い状態にある。そこで上記従来の排気ガス浄化装置では、これに対処するために、内燃機関の始動時に排気ガスにオゾン(O3)を添加することとしている。 In order for the above reaction to be carried out smoothly, it is desirable that the catalyst reaches the activation temperature and sufficiently exhibits its activity function. However, when the internal combustion engine is started, the catalyst temperature is low. Therefore, in the conventional exhaust gas purification device, ozone (O 3 ) is added to the exhaust gas when the internal combustion engine is started in order to cope with this.
NOx捕捉反応は、NOが多く存在している雰囲気よりも、NO2が多く存在している雰囲気下でより活発に生ずる。オゾン添加を行うことにより、排気ガス中のNOを酸化し、NO2の量を増加させることができる。これにより、上記従来の技術によれば、内燃機関の始動時など触媒が十分な活性状態にない場合であっても、NOx捕捉触媒に流れ込むNO2を増加させてNOx捕捉を効率よく行い、排気ガスの浄化を効果的に行うことができる。 The NOx trapping reaction occurs more actively in an atmosphere rich in NO 2 than in an atmosphere rich in NO. By adding ozone, NO in the exhaust gas can be oxidized, and the amount of NO 2 can be increased. Thus, according to the above-described conventional technique, even when the catalyst is not in a sufficiently active state, such as when the internal combustion engine is started, NO 2 flowing into the NOx trapping catalyst is increased to efficiently capture NOx, and exhaust gas Gas purification can be performed effectively.
上記従来のNOx捕捉触媒は、触媒とNOx吸蔵物質とを含み、これらが一体化されて形成されている。このようなNOx捕捉触媒では、NOx吸蔵物質を含まない従来の三元触媒に比べて触媒の排気ガス浄化能力(NOx、HC、COを浄化する能力)が低くなる傾向にあり、触媒の排ガス浄化機能が妨げられているという課題がある。 The conventional NOx trapping catalyst includes a catalyst and a NOx occlusion material, and these are integrally formed. Such a NOx trapping catalyst tends to have a lower exhaust gas purification capacity (capability to purify NOx, HC, CO) of the catalyst than a conventional three-way catalyst that does not contain NOx occlusion substances. There is a problem that the function is hindered.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、触媒の排気ガス浄化機能を妨げることなくNOx吸蔵還元を行うことができる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that can perform NOx occlusion reduction without interfering with the exhaust gas purification function of the catalyst. And
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に配置されるNOx保持材と、
前記NOx保持材の下流に配置される三元触媒と、
前記NOx保持材に流れ込む排気ガスと混合するようにオゾン(O3)を供給するオゾン供給手段と、
前記三元触媒の温度が排気ガスを浄化しうる活性温度以上となったら前記オゾン供給手段によるオゾン供給を抑制または停止するオゾン供給制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine,
A NOx holding material disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine;
A three-way catalyst disposed downstream of the NOx holding material;
Ozone supply means for supplying ozone (O 3 ) so as to be mixed with the exhaust gas flowing into the NOx holding material;
Ozone supply control means for suppressing or stopping ozone supply by the ozone supply means when the temperature of the three-way catalyst is equal to or higher than an activation temperature capable of purifying exhaust gas;
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記NOx保持材の下流であってかつ前記三元触媒の上流に、オゾン分解物質を含むオゾン分解触媒を備えることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
An ozone decomposition catalyst containing an ozone decomposition substance is provided downstream of the NOx holding material and upstream of the three-way catalyst.
また、第3の発明は、第2の発明において、
前記オゾン分解物質はパラジウム(Pd)を含むことを特徴とする。
The third invention is the second invention, wherein
The ozonolysis material includes palladium (Pd).
また、第4の発明は、第1乃至第3の発明において、
前記三元触媒が白金(Pt)またはロジウム(Rh)を含むことを特徴とする。
The fourth invention is the first to third invention,
The three-way catalyst includes platinum (Pt) or rhodium (Rh).
また、第5の発明は、第1乃至第4の発明において、
前記三元触媒の下流に配置される排気ガスセンサと、
オープンループ制御により前記内燃機関の燃料噴射量を制御する第1噴射量制御手段と前記三元触媒から流出する排気ガスが理論空燃比となるように前記排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックして、クローズドループ制御により燃料噴射量を制御する第2噴射量制御手段と、
前記オゾン供給手段によるオゾン供給の実行中に前記第1噴射量制御手段による燃料噴射量制御を実行し、該オゾン供給手段によるオゾン供給が停止したら内燃機関の燃料噴射量制御を前記第1噴射量制御手段による制御から前記第2噴射量制御手段による制御へ切り替える噴射量制御切替手段と、
を備えることを特徴とする。
The fifth invention is the first to fourth inventions,
An exhaust gas sensor disposed downstream of the three-way catalyst;
The first injection amount control means for controlling the fuel injection amount of the internal combustion engine by open loop control and the output of the exhaust gas sensor is fed back to the fuel injection amount so that the exhaust gas flowing out from the three-way catalyst becomes the stoichiometric air-fuel ratio. A second injection amount control means for controlling the fuel injection amount by closed loop control;
The fuel injection amount control by the first injection amount control means is executed during the ozone supply by the ozone supply means, and when the ozone supply by the ozone supply means is stopped, the fuel injection amount control of the internal combustion engine is controlled by the first injection amount. Injection amount control switching means for switching from control by the control means to control by the second injection amount control means;
It is characterized by providing.
第1の発明によれば、NOx保持材と三元触媒とがそれぞれ個別に配置されることにより、排気ガス浄化機能を良好に発揮することができる。NOx吸蔵物質は触媒(貴金属元素)に対して触媒毒となり、NOx捕捉触媒において触媒の排ガス浄化能力を低くする要因になっていると考えられている。第1の発明によれば、NOx保持材と触媒とを分離して配置し、オゾン供給手段により触媒に頼らずにNOx吸蔵反応を促進しているので、NOx吸蔵物質が触媒毒となるのを回避して触媒の排気ガス浄化機能を十分に発揮しつつ、NOx吸蔵還元を行うことができる。しかも、触媒の浄化能力が発揮される温度になったらオゾン使用量を低減または零にすることで、オゾンを効率よく使用することができる。 According to the first aspect of the present invention, the NOx holding material and the three-way catalyst are individually arranged, so that the exhaust gas purification function can be satisfactorily exhibited. The NOx occlusion substance is considered to be a catalyst poison for the catalyst (noble metal element), and is a factor that lowers the exhaust gas purification ability of the catalyst in the NOx trapping catalyst. According to the first invention, the NOx holding material and the catalyst are arranged separately, and the NOx occlusion reaction is promoted without relying on the catalyst by the ozone supply means, so that the NOx occlusion substance becomes a catalyst poison. The NOx occlusion and reduction can be performed while avoiding the exhaust gas purification function of the catalyst sufficiently. In addition, ozone can be used efficiently by reducing or reducing the amount of ozone used when the temperature at which the purification ability of the catalyst is exhibited.
第2の発明によれば、NOx保持材下流のガス中のオゾンを分解してから、当該ガスを三元触媒へと流入させることができる。オゾンが触媒へと流入すると、触媒に用いられている貴金属がオゾンによって酸化されると考えられ、その活性機能に影響を及ぼすおそれがある。第2の発明によれば、触媒の上流でオゾンを分解することができるので、オゾンによる触媒の排気ガス浄化能力への影響を抑えることができる。 According to the second invention, after decomposing ozone in the gas downstream of the NOx holding material, the gas can be flowed into the three-way catalyst. When ozone flows into the catalyst, it is considered that the noble metal used in the catalyst is oxidized by ozone, which may affect its active function. According to the second invention, since ozone can be decomposed upstream of the catalyst, the influence of ozone on the exhaust gas purification capacity of the catalyst can be suppressed.
第3の発明によれば、オゾン分解触媒にパラジウムを含ませることで、オゾンに起因する排気ガス浄化能力の低下をより効果的に防止することができる。 According to 3rd invention, the fall of the exhaust gas purification ability resulting from ozone can be prevented more effectively by including palladium in an ozonolysis catalyst.
第4の発明によれば、NOx浄化能力が比較的高いもののオゾンによる酸化の影響が生じてしまうPtまたはRhを、当該影響を避けつつ三元触媒に含ませることができる。 According to the fourth aspect of the invention, Pt or Rh, which has a relatively high NOx purification capacity but is affected by oxidation by ozone, can be included in the three-way catalyst while avoiding the influence.
第5の発明によれば、NOx保持材に吸蔵されたNOxの放出の影響がある状況下でも、排気ガスの空燃比を適切に調整し、エミッション特性を良好に保つことができる。 According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to appropriately adjust the air-fuel ratio of the exhaust gas and maintain good emission characteristics even under the situation where the NOx occluded in the NOx holding material is affected.
実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施の形態1の排気ガス浄化装置を説明するための図である。図1に示すように、実施の形態1の排気ガス浄化装置は、内燃機関10の排気通路12に、触媒装置20を有している。触媒装置20は、その内部にNOx保持材24を収納している。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining an exhaust gas purification apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the exhaust gas purification apparatus of Embodiment 1 has a
NOx保持材24は、セラミックス担体上に、NOx吸蔵物質としてBaCO3が担持されることにより構成されている。BaCO3は、排気ガス中のNOxを硝酸塩すなわちBa(NO3)2として吸蔵する機能を有している。このような構成によれば、排気ガスがリーン雰囲気の状況では、排気ガスは、NOx保持材24を通過する際にNOxを吸蔵された後、下流へと流れる。また、排気ガスがリッチの状況下または高温の状況下では、吸蔵されたBa(NO3)2の放出反応が活発になり、NOx保持材24の下流へとNOxが流出する。
The
触媒装置20内のNOx保持材24下流には、更に、三元触媒26が備えられている。このような構成によれば、排気通路12から触媒装置20に流れ込んだ排気ガスは、NOx保持材24、三元触媒26を順次通過することとなる。三元触媒26は、白金(Pt)、ロジウム(Rh)およびパラジウム(Pd)等の貴金属を含んでいる。これら貴金属は、CO、HCの酸化反応とNOxの還元反応とを同時に活性させる活性点として機能する。なお、NOx吸蔵物質や、活性点として用いられる貴金属、担体などの具体的な構成や機能に関しては既に多くの技術が公知となっている(例えば、特許第3551346号公報参照)。従って、その詳細な説明は省略することとする。
A three-
また、以下の説明では、貴金属(実施の形態1ではPt等)と、担体の当該貴金属が担持されている部分とを合わせて、「触媒」と呼称する。また、NOx吸蔵物質(実施の形態1ではBaCO3)と、担体の当該NOx吸蔵物質が担持されている部分とを合わせて、「NOx保持材」と呼称する。 In the following description, the noble metal (Pt or the like in the first embodiment) and the portion of the carrier on which the noble metal is supported are collectively referred to as “catalyst”. Further, the NOx storage material (BaCO 3 in the first embodiment) and the portion of the carrier on which the NOx storage material is supported are collectively referred to as “NOx holding material”.
実施の形態1の排気ガス浄化装置は、オゾン供給装置30を備えている。オゾン供給装置30は、空気入口34から空気を得て、オゾン(O3)を生成することができる。なお、オゾン供給装置の構成、機能等に関しては既に種々の技術が公知となっているため、その詳細な説明は省略する。
The exhaust gas purification apparatus of the first embodiment includes an
オゾン供給装置30は、触媒装置20内でオゾンを噴射するオゾン噴射口32を有している。オゾン噴射口32は、触媒装置20内のNOx保持材24の上流に配置されている。このような構成によれば、オゾン噴射口32からオゾンを噴射することで、排気通路12を流れ来る排気ガスにオゾンを添加することができる。そして、添加されたオゾンと排気ガスとが混合し、当該混合ガスがNOx保持材24へと流れ込むことになる。
The
上述したNOx吸蔵反応を効率よく行う観点からは、排気ガス中のNOxが、より酸化された状態で存在することが望ましい。実施の形態1では、NOx酸化ガス供給装置30を用いて、適宜、排気ガスにオゾンを供給することができる。これにより、排気ガス中のNOxを酸化し、排気ガスを効果的に浄化することができる。
From the viewpoint of efficiently performing the NOx occlusion reaction described above, it is desirable that the NOx in the exhaust gas exists in a more oxidized state. In the first embodiment, ozone can be appropriately supplied to the exhaust gas using the NOx oxidizing
実施の形態1の排気ガス浄化装置は、ECU(Electronic Control Unit)50を有している。ECU50は、オゾン供給装置30と接続している。ECU50がオゾン供給装置30に制御信号を送信することにより、オゾンの噴射時期や噴射量が制御される。このような構成とすることで、所望のタイミングでオゾン供給を行うと共に、NOx保持材24へと流れ込む混合ガス中のオゾン量を所望の値に調整することができる。
The exhaust gas purification apparatus of the first embodiment has an ECU (Electronic Control Unit) 50. The
また、ECU50は、内燃機関10に備えられる各種センサ等に接続している。これにより、ECU50は、内燃機関10の運転状態を把握すべく、内燃機関10の温度、機関回転数Ne、空燃比A/F、負荷、吸入空気量などの情報を取得できるようになっている。
The
[実施の形態1の作用]
上述したように、NOx保持材に含まれるNOx吸蔵物質(実施の形態1では、BaCO3)は排気ガス中のNOxを吸蔵する機能を有している。また、触媒に含まれる貴金属(実施の形態1では、Pt、Rh、Pd)は、排気ガスを浄化する際に活性点として機能する。これらの機能を併せて効果的に使用することは、NOx吸蔵還元と排気ガス浄化を効率よく行う上で極めて重要である。
[Operation of Embodiment 1]
As described above, the NOx storage material (BaCO 3 in the first embodiment) contained in the NOx holding material has a function of storing NOx in the exhaust gas. Further, the noble metals (Pt, Rh, Pd in the first embodiment) contained in the catalyst function as active points when purifying the exhaust gas. Effective use of these functions together is extremely important for efficiently performing NOx occlusion reduction and exhaust gas purification.
従来、これらのNOx保持材と触媒とを一体化した種々の触媒が知られている(「NOx吸蔵還元触媒」「NSR触媒」とも呼称され、例えば、特許第3551346号公報で開示されている)。NOx吸蔵還元触媒は、触媒によりNOxの酸化を促進してNOx吸蔵反応を促進できるとともに、NOxの放出時には触媒により排気ガスを浄化することができるという特徴を有している。 Conventionally, various catalysts in which these NOx holding materials and catalysts are integrated are also known (also referred to as “NOx occlusion reduction catalyst” and “NSR catalyst”, for example, disclosed in Japanese Patent No. 3551346). . The NOx occlusion reduction catalyst has the feature that the NOx occlusion reaction can be promoted by accelerating the oxidation of NOx by the catalyst, and the exhaust gas can be purified by the catalyst when NOx is released.
しかしながら、このようにNOx保持材を触媒に一体化させた場合、NOx吸蔵物質を含まない従来の三元触媒に比べて触媒の排気ガス浄化能力(NOx、HC、COを浄化する能力)が低くなってしまう。これは、NOx吸蔵物質が触媒(貴金属元素)に対して触媒毒となり、NOx吸蔵物質が触媒の活性能力を低下させていることに由来すると考えられている。効率の良い排気ガス浄化を行う観点からは、このような弊害を避け、触媒の能力を最大限に発揮させることが好ましい。 However, when the NOx holding material is integrated with the catalyst in this way, the exhaust gas purification ability of the catalyst (the ability to purify NOx, HC, and CO) is lower than that of a conventional three-way catalyst that does not contain NOx storage materials. turn into. It is considered that this is because the NOx occlusion material becomes a catalyst poison with respect to the catalyst (noble metal element), and the NOx occlusion material reduces the activity capacity of the catalyst. From the viewpoint of performing efficient exhaust gas purification, it is preferable to avoid such harmful effects and maximize the ability of the catalyst.
そこで、実施の形態1の排気ガス浄化装置では、NOx保持材24と三元触媒26とを、排気通路12にそれぞれ個別に配置し、NOx吸蔵反応が求められる状況下、例えば内燃機関の始動時(特に低温始動時)には、オゾン供給装置30により排気ガスにオゾンを添加することとする。このような構成によれば、NOx保持材と三元触媒とをそれぞれ個別に配置しているので、触媒毒により排気ガス浄化機能が妨げられるのを防ぐことができる。そして、排気ガス中にオゾンを添加することでNOxを酸化し、触媒に頼らずにNOx保持材24へのNOxの吸蔵反応を促進することができる。
Therefore, in the exhaust gas purifying apparatus of the first embodiment, the
また、実施の形態1では、内燃機関の始動開始後、十分な時間が経過するなどしてNOxの吸蔵を停止するのに十分な状況となった場合には、オゾンの供給が停止される。オゾンの供給が停止されるとNOx放出が活発化し、当該放出されたNOxを含んだ排気ガスが、NOx保持材24の下流へ流れ出す。実施の形態1では、NOx保持材24の下流に三元触媒26が配置されているため、NOx保持材24から流出する排気ガスは、三元触媒26へと流れ込む。従って、排気ガスは三元触媒26を通る過程で浄化され、触媒装置20の下流へ流出するガスを確実に浄化することができる。
In the first embodiment, the supply of ozone is stopped when a sufficient time has elapsed after the start of the internal combustion engine, for example, sufficient time has elapsed to stop NOx storage. When the supply of ozone is stopped, NOx emission is activated, and the exhaust gas containing the released NOx flows out downstream of the
以上説明したように、実施の形態1の排気ガス浄化装置によれば、NOx保持材24と三元触媒26とを分離して配置し、オゾン供給装置30により触媒に頼らずにNOx吸蔵反応を促進しているので、触媒毒の影響が生ずるのを回避しつつNOx吸蔵反応を実現することができる。その結果、触媒がその排気ガス浄化能力を最大限に発揮し、良好なエミッション特性を得ることができる。
As described above, according to the exhaust gas purification apparatus of the first embodiment, the
そして、オゾン供給の手法を用いることにより、内燃機関の始動時など低温状況下でのNOxの酸化を確実に行い、NOx吸蔵を促進することができる。また、オゾンによるNOx酸化手法によれば、気相反応によりNOxを酸化でき、水蒸気が存在すれば硝酸を生じNOx吸蔵物質と容易に反応するため、NOxを効率よく吸蔵させることができる。 By using the ozone supply method, it is possible to reliably oxidize NOx under a low temperature condition such as when the internal combustion engine is started, and promote NOx occlusion. Further, according to the NOx oxidation method using ozone, NOx can be oxidized by a gas phase reaction, and if water vapor is present, nitric acid is generated and easily reacts with the NOx storage material, so that NOx can be stored efficiently.
尚、上述した実施の形態1では、NOx保持材24が前記第1の発明における「NOx保持材」に、三元触媒26が前記第1の発明における「三元触媒」に、オゾン供給装置30が前記第1の発明における「オゾン供給手段」に、それぞれ相当している。
In the first embodiment described above, the
[実施の形態1の実験結果]
以下図2乃至7を用いて、本発明の実施の形態1に関して行った実験結果を説明する。
[Experimental result of Embodiment 1]
Hereinafter, the results of experiments performed on the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
(測定系の構成)
図2は、本実験に用いられた測定系を示す図である。本測定系は、内燃機関の排気ガスを模したモデルガスを発生するために、モデルガス発生器230および複数のガスボンベ232を備えている。モデルガス発生器230は、ガスボンベ232内のガスを混合させて、下記の組成の模擬ガスを作成することができる。
模擬ガス組成: C3H6 1000ppm、
CO 7000ppm、
NO 1500ppm、
O2 7000ppm
CO2 10%、
H2O 3%
残部 N2
(Configuration of measurement system)
FIG. 2 is a diagram showing a measurement system used in this experiment. This measurement system includes a
Simulated gas composition: C 3 H 6 1000 ppm,
CO 7000 ppm,
NO 1500ppm,
O 2 7000 ppm
H 2 O 3%
Remaining N 2
モデルガス発生器230は、試験体222が設置された電気炉に連通している。図3は、試験体222およびその近傍を拡大して示した図である。図3に示すように、試験体222は、石英管内にNOx保持材サンプル224および三元触媒サンプル226を収納している(以下、これらを一まとめにして「第1実施例サンプル」とも呼称する)。尚、本実験では、比較例として、第1実施例サンプルを後述する比較例サンプルに置換して、第1実施例サンプルの場合と同様の実験を行うこととする。
The
図3の測定系は、酸素ボンベ240を有している。酸素ボンベ240は、下流側で、流量制御ユニット242、244にそれぞれ連通している。流量制御ユニット242は、オゾン発生器246に連通している。オゾン発生器246は、酸素ボンベ240からの酸素供給を受けて、オゾンを生成することができる。オゾン発生器246は、オゾン分析計248、流量制御ユニット250を介して、モデルガス発生器230の下流かつ試験体222の上流位置に連通している。
The measurement system in FIG. 3 has an
一方、流量制御ユニット244は、その下流で直接、オゾン分析計に連通している。このような構成によれば、オゾン発生器246の電源をONにすればO3とO2の混合ガスが、電源をOFFにすればO2のみが、試験体222の上流位置に供給される。
On the other hand, the flow rate control unit 244 communicates directly with the ozone analyzer downstream thereof. According to such a configuration, a mixed gas of O 3 and O 2 when the power to the
図3の測定系では、流量制御ユニット242、244およびオゾン発生器246を適宜使用することで、下記に示す2種類の組成のガスをそれぞれ作成することができる。このガスは、試験体222に注入するガスであり、以下、単に「注入ガス」と呼称することとする。
注入ガス組成: (1)O3 30000ppm、残部 O2
(2)O2のみ
そして、流量制御ユニット250により、注入ガスを所望の流量で供給することができる。
In the measurement system of FIG. 3, by using the flow
Injection gas composition: (1) 30000 ppm of O 3 , balance O 2
(2) Only O 2 and the flow
試験体222の下流には、排ガス分析計260、262およびオゾン分析計264が設けられている。これらの分析計により、試験体222から流れ出るガスの成分を測定することができる。
Downstream of the
なお、本実験で使用した測定機器を下記に示す。
オゾン発生器246: 岩崎電気 OP100W
オゾン分析計248(上流側): 荏原実業 EG600
オゾン分析計264(下流側): 荏原実業 EG2001B
排ガス分析計260、262:
堀場製作所 MEXA9100D(HC、CO、NOx計測)
堀場製作所 VAI−510(CO2を計測)
The measurement equipment used in this experiment is shown below.
Ozone generator 246: Iwasaki Electric OP100W
Ozone analyzer 248 (upstream side): Sugawara Jigyo EG600
Ozone analyzer 264 (downstream): Sugawara Jigyo EG2001B
HORIBA, Ltd. MEXA9100D (HC, CO, NOx measurement)
HORIBA, Ltd. VAI-510 (measures CO 2 )
(サンプルの作成方法)
図4は、本実験で用いた第1実施例サンプルおよび比較例サンプルを説明するための図である。図4(a)は、図3にも示したNOx保持材サンプル224および三元触媒サンプル226(すなわち第1実施例サンプル)を示している。NOx保持材サンプル224は、以下の手順で作成した。φ30mm×L25mm、4mil/400cpsiのコージェライト製ハニカムに、γ−Al2O3をコートした。コート量は120g/Lとした。これに、酢酸バリウムを吸水担持し、500℃で2時間焼成した。酢酸バリウムの担持量は、0.2mol/Lとした。このようにして作成した触媒を、炭酸水素アンモニウムを含む溶液に浸漬処理し、250℃で乾燥させた。
(How to create a sample)
FIG. 4 is a diagram for explaining the first example sample and the comparative example sample used in this experiment. FIG. 4A shows the NOx holding
また、三元触媒サンプル226は、以下の手順で作成した。φ30mm×L50mm、4mil/400cpsiのコージェライト製ハニカムに、γ−Al2O3をコートした。コート量は120g/Lとした。さらに、ジニトロジアンミン白金を含む水溶液を用いてPtを担持し、乾燥後、450℃で1時間焼成した。白金の担持量は2g/Lとした。従って、NOx保持材サンプル224と三元触媒サンプル226とを併せたPtとBaの量は、Ptが0.07g、Baは0.0035molである。
The three-
一方、図4(b)に示す比較例サンプル280は、以下の手順で作成した。φ30mm×L50mm、4mil/400cpsiのコージェライト製ハニカムに、γ−Al2O3をコートした。コート量は120g/Lとした。これに、酢酸バリウムを吸水担持し、500℃で2時間焼成した。酢酸バリウムの担持量は、0.1mol/Lとした。
On the other hand, the
このようにして作成した触媒を、炭酸水素アンモニウムを含む溶液に浸漬処理し、250℃で乾燥させた。さらに、ジニトロジアンミン白金を含む水溶液を用いてPtを担持し、乾燥後、450℃で1時間焼成した。白金の担持量は2g/Lとした。すなわち、比較例サンプル280に含まれるPtとBaの量は、Ptが0.07g、Baが0.0035molとなり、NOx保持材サンプル224と三元触媒サンプル226とを併せた量に一致する。
The catalyst thus prepared was immersed in a solution containing ammonium hydrogen carbonate and dried at 250 ° C. Furthermore, Pt was supported using an aqueous solution containing dinitrodiammine platinum, dried, and then fired at 450 ° C. for 1 hour. The amount of platinum supported was 2 g / L. That is, the amounts of Pt and Ba contained in the
(実験内容)
上記のような測定系において、下記の条件で、前述した各種組成の模擬ガスと注入ガスとを組み合わせて、試験体222に供給した。そして、下記の昇温速度で触媒温度が上昇するように電気炉を制御し、下流に流出するNOx濃度などを調べた。
温度:30℃〜500℃
昇温速度:10℃/min(一定)
模擬ガス流量:15L/min
注入ガス流量:3L/min
なお、注入ガスは30℃から300℃の範囲で供給し、300℃から500℃の範囲では注入ガスは供給せず模擬ガスのみを流通させた。
(Experiment contents)
In the measurement system as described above, the simulated gas having various compositions described above and the injected gas were combined and supplied to the
Temperature: 30 ° C to 500 ° C
Temperature increase rate: 10 ° C / min (constant)
Simulated gas flow rate: 15 L / min
Injection gas flow rate: 3 L / min
The injection gas was supplied in the range of 30 ° C. to 300 ° C., and in the range of 300 ° C. to 500 ° C., the injection gas was not supplied and only the simulation gas was circulated.
(浄化率の算出方法) (Calculation method of purification rate)
図5は、本実験における排気ガス浄化率の算出のイメージ図である。図5(a)は模擬ガス濃度に試験時間を乗じて求められる、供給された排気ガス中の成分量のイメージである。本実験では、このようなイメージに基づき、具体的には、測定時間内に供給した排気ガス中の成分量を、模擬ガス中の成分の濃度×模擬ガス流量×試験時間の式により算出した。 FIG. 5 is an image diagram of calculation of the exhaust gas purification rate in this experiment. FIG. 5A is an image of the component amount in the supplied exhaust gas, which is obtained by multiplying the simulated gas concentration by the test time. In this experiment, based on such an image, specifically, the component amount in the exhaust gas supplied within the measurement time was calculated by the equation of the concentration of the component in the simulated gas × simulated gas flow rate × test time.
図5(b)は試験体222の下流側に流出するガスの濃度に試験時間を乗じて求められる、下流側流出排気ガス成分量のイメージである。このイメージにもとづき、下流側に流出する成分量を、排ガス分析計で検出された成分濃度×ガス流量×試験時間の式により算出した。
FIG. 5B is an image of the downstream exhaust gas component amount obtained by multiplying the concentration of gas flowing out downstream of the
そして、これら算出された値を用いて、図5(c)に示すように、測定時間内に供給したガス量(図5(a))から下流側に流出する成分量(図5(b))を差し引き、これを測定時間内に供給したガス量(図5(a))で除して100分率で算出した。 Then, using these calculated values, as shown in FIG. 5 (c), the amount of the component flowing out downstream from the amount of gas supplied within the measurement time (FIG. 5 (a)) (FIG. 5 (b)). ) Was subtracted, and this was divided by the amount of gas supplied within the measurement time (FIG. 5 (a)) and calculated at a rate of 100 minutes.
(実験結果1)
図6は、上記実験の第1の実験結果を説明するための図である。図6のグラフにあるように、第1実施例サンプル(NOx保持材サンプル224、三元触媒サンプル226)を用いた場合のほうが、比較例サンプル280の場合よりも、NOx、HC、COの全てにおいて高い浄化率を示していることがわかる。
(Experimental result 1)
FIG. 6 is a diagram for explaining a first experimental result of the above-described experiment. As shown in the graph of FIG. 6, all of the NOx, HC, and CO in the case of using the first example sample (NOx holding
この結果から、実施の形態1によれば、触媒毒の影響が生ずるのを回避しつつNOx吸蔵反応を実現しているので、触媒がその排気ガス浄化能力を最大限に発揮し、良好なエミッション特性を得ることができることがわかる。また、上述したように、第1実施例サンプルに含まれるバリウムと白金の量は、比較例サンプルに含まれるそれらの量と同じである。すなわち、本実施の形態によれば、NOx吸蔵物質および貴金属を効率よく使用することができる。 From this result, according to the first embodiment, the NOx occlusion reaction is realized while avoiding the influence of the catalyst poison. Therefore, the catalyst exhibits its exhaust gas purification ability to the maximum, and good emission is achieved. It can be seen that characteristics can be obtained. As described above, the amounts of barium and platinum contained in the first example sample are the same as those contained in the comparative example sample. That is, according to the present embodiment, the NOx storage material and the noble metal can be used efficiently.
(実験結果2)
図7は、上記実験の第2の実験結果を説明するための図である。図7は、NOx保持材サンプル224であってオゾンを添加して試験を行ったもの(以下「サンプルA」とも呼称)のコート層を掻き取り、IRスペクトルを用いて、NOx吸蔵状態の確認を行った。そして、比較のために、NOx保持材サンプル224であってオゾンを添加せずに模擬ガスを流通(すなわち、オゾン発生器246をOFFし、Air添加を模擬した環境)させたもの(以下、「サンプルB」とも呼称)についても、同様の測定を行った。
(Experimental result 2)
FIG. 7 is a diagram for explaining a second experimental result of the above-described experiment. FIG. 7 shows a NOx holding
なお、IRスペクトル測定の実験状態は、次のとおりである。
装置形式:Nicolet Magna IR550
雰囲気:乾燥Air
温度:25℃
スキャン回数:128
分解能:8cm-1
検出器:DTGS−KBr
サンプル希釈:サンプル/KBr=1/99で錠剤形式
The experimental state of IR spectrum measurement is as follows.
Device type: Nicolet Magna IR550
Atmosphere: Dry Air
Temperature: 25 ° C
Number of scans: 128
Resolution: 8cm -1
Detector: DTGS-KBr
Sample dilution: Sample / KBr = 1/99 and tablet format
図7の[A]の実線はサンプルAについて、[B]の実線はサンプルBについての測定結果である。図7に示すように、オゾンを添加したサンプルAの結果には、NO3 2-のピークが観察され、貴金属を含んでいないNOx保持材サンプル224であってもNOx吸蔵が生じていることが確認できた。一方、オゾンを添加していないサンプルBの結果では、CO3 2−のピークのみが検出され、NOx吸蔵が生じていないことが確認された。このように、NOx保持材に対してオゾン供給を行うことにより、触媒に頼らずに、排気ガス中のNOxを吸蔵できることが確認された。
The solid line in [A] in FIG. 7 is the measurement result for sample A, and the solid line in [B] is the measurement result for sample B. As shown in FIG. 7, the NO 3 2− peak is observed in the result of sample A to which ozone is added, and NOx occlusion occurs even in the NOx holding
[実施の形態1の変形例]
(第1変形例)
実施の形態1では、NOx保持材24が、BaCO3がセラミックス担体上に担持されることにより構成されている。しかしながら、本発明における「NOx保持材」を構成する材料は、上記説明中に明記した材料に何ら限定されるものではない。すなわち、NOx保持材を構成するNOx吸蔵物質は、BaCO3に限られるものではなく、例えば特許第3551346号公報にあるように、Na、K、Cs、Rbなどのアルカリ金属、Ba、Ca、Srなどのアルカリ土類金属、Y、Ce、La、Prなどの希土類元素を必要に応じて用いることができる。
[Modification of Embodiment 1]
(First modification)
In the first embodiment, the
従って、NOx吸蔵物質にNOxが硝酸塩として吸蔵される場合に、硝酸塩の組成は実施の形態1で述べたBa(NO3)2に限られるものではない。なお、Baに関しては、Baが1molに対してNO3を3mol吸蔵でき、吸蔵量が多いという特徴や、他の材料に比して熱安定性が高く、排気ガス浄化装置に用いるNOx吸蔵物質としては好適であるなどの特徴がある。 Therefore, when NOx is stored as a nitrate in the NOx storage material, the composition of the nitrate is not limited to Ba (NO 3 ) 2 described in the first embodiment. As for Ba, it is possible to occlude 3 mol of NO 3 with respect to 1 mol of Ba, and the feature is that the occlusion amount is large, and the thermal stability is higher than other materials, and as an NOx occlusion substance used in the exhaust gas purification device. Is suitable.
また、本発明における「触媒」を構成する材料も、上記説明中に明記したPt等の材料に何ら限定されるものではない。触媒を構成する貴金属材料として知られる種々の触媒材料を本発明に用いることができる。更に、貴金属やNOx吸蔵物質の担体用の材料として、アルミナ(Al2O3)等、適宜好適な材料を用いることができる。 In addition, the material constituting the “catalyst” in the present invention is not limited to the material such as Pt specified in the above description. Various catalyst materials known as noble metal materials constituting the catalyst can be used in the present invention. Furthermore, a suitable material such as alumina (Al 2 O 3 ) can be used as a material for the carrier of the noble metal or NOx storage substance.
(第2変形例)
実施の形態1では、オゾン供給装置30により排気ガスにオゾンを添加している。このオゾン添加は、より好ましくは、以下に述べるような態様で行っても良い。オゾン(O3)を排気ガスに添加すると、気相反応により排気ガス中のNOxが酸化されることが知られている。具体的には、NOxとオゾンとが反応し、下記に示す反応が生じる。
NO+O3→NO2+O2・・・[1]
NO2+O3→NO3+O2・・・[2]
NO2+NO3→N2O5・・・[3]
尚、以下の説明では、[1]の反応式を「第1式」と、[2]の反応式を「第2式」と、[3]の反応式を「第3式」とも呼称する。なお、第3式は右方向への反応を示す矢印のみが記載されているが、左方向への反応も生じうる。
(Second modification)
In the first embodiment, ozone is added to the exhaust gas by the
NO + O 3 → NO 2 + O 2 [1]
NO 2 + O 3 → NO 3 + O 2 ... [2]
NO 2 + NO 3 → N 2 O 5 [3]
In the following description, the reaction formula [1] is also called “first formula”, the reaction formula [2] is called “second formula”, and the reaction formula [3] is also called “third formula”. . In addition, although only the arrow which shows the reaction to the right direction is described in the 3rd type | formula, the reaction to the left direction may also arise.
NOx吸蔵物質で生ずるNOx吸蔵は、NOxが酸化されて生じた高次の窒素酸化物がNOx吸蔵物質に吸蔵されることにより実現される。例えば、NO3が、Ba(NO3)2などの硝酸塩となることによりNOx吸蔵材に吸蔵される。NOx吸蔵反応においては、NO2またはNO3、N2O5の形態であれば吸蔵可能である。しかしながら、NO2の形態によるNOx吸蔵量には限界がある。このため、上記の第2式、第3式の反応を活発に行わせることにより、多くのNO2をNO3やN2O5などの高次の窒素酸化物にすることができれば、NOx吸蔵量を飛躍的に増大させることができる。 The NOx occlusion produced by the NOx occlusion material is realized by occlusion of higher-order nitrogen oxides produced by the oxidation of NOx in the NOx occlusion material. For example, NO 3 is stored in the NOx storage material by becoming a nitrate such as Ba (NO 3 ) 2 . In the NOx occlusion reaction, occlusion is possible in the form of NO 2, NO 3 , or N 2 O 5 . However, there is a limit to the NOx occlusion amount by the form NO 2. For this reason, if a large amount of NO 2 can be converted into higher-order nitrogen oxides such as NO 3 and N 2 O 5 by actively carrying out the reactions of the above-mentioned second and third formulas, NOx occlusion is possible. The amount can be increased dramatically.
そこで、第2変形例では、混合ガス中のNOに対するオゾンのモル比が1よりも大きくなるようにオゾン添加を行い、第2式の反応が生じるようにする。即ち、混合ガス中のオゾンの量をモルに換算したmol(O3)と、同じく混合ガス中の一酸化窒素の量をモルに換算したmol(NO)との比が下記の関係式を満たすように、オゾン添加を行う。
mol(O3)/mol(NO) > 1 ・・・ [4]
尚、以下の説明では、上記[4]の式を「第4式」とも呼称する。
Therefore, in the second modification, ozone is added so that the molar ratio of ozone to NO in the mixed gas is larger than 1, so that the reaction of the second formula occurs. That is, the ratio of mol (O 3 ) in which the amount of ozone in the mixed gas is converted to mol and mol (NO) in which the amount of nitric oxide in the mixed gas is converted into mol also satisfies the following relational expression. Thus, ozone is added.
mol (O 3 ) / mol (NO)> 1 ... [4]
In the following description, the equation [4] is also referred to as “fourth equation”.
混合ガス中のNOに対するオゾンのモル比が1以下(mol(O3)/mol(NO)≦1)の状態では、上記の第1式の反応によりNO2が生成されるものの、第2式の反応によるNO3、N2O5の生成までには至らない。第2変形例では、この点を考慮して添加するオゾンの物質量を排気ガス中のNOの物質量よりも多くしているので、NOを酸化してNO3、N2O5とするのに(第2式、第3式の反応を生じさせるのに)十分な量のオゾンを供給することができる。その結果、排気ガス中の高次の窒素酸化物の量を確実に増加させることができ、NOx吸蔵を効果的に行うことができる。
In the state where the molar ratio of ozone to NO in the mixed gas is 1 or less (mol (O 3 ) / mol (NO) ≦ 1), NO 2 is generated by the reaction of the above-mentioned first formula, but the second formula The production of NO 3 and N 2 O 5 is not achieved by this reaction. In the second modification, the amount of ozone added in consideration of this point is made larger than the amount of NO in the exhaust gas, so NO is oxidized to NO 3 and N 2 O 5 . A sufficient amount of ozone can be supplied (to cause the reactions of
なお、このような処理は、ECU50が、「NOx保持材24に流れ込む混合ガス中の一酸化窒素(NO)に対するオゾンのモル比が1よりも大きくなるようにオゾン供給量を調整する処理」(オゾン供給量調整処理)を実行することで実現される。この処理は、例えば、図3のルーチンのステップS100の前に行うことができる。また、上述したモル比を満たすオゾン供給量は、例えば、ECU50が内燃機関10の運転状態(機関回転数Ne、空燃比A/F、負荷、吸入空気量など)に基づいて排気ガスに含まれるNOxのモル量を推定し、当該推定されたNOxのモル量に応じて供給するオゾンの流量を算出することにより定めることができる。
In this process, the
(第3変形例)
また、オゾン供給量を更に増加し、混合ガス中の一酸化窒素に対するオゾンのモル比が2以上(mol(O3)/mol(NO)≧2)となるようにしてもよい。混合ガス中の一酸化窒素(NO)に対するオゾン(O3)のモル比が1よりも大きければ、上述した第1式によってNOがNO2へと酸化された後もオゾンが混合ガス中に未だ残存するため、第2式、第3式の反応が生じてNO3、N2O5が生成される。しかしながら、第1式の反応後に残存するオゾン量が微量な場合には、第2式、第3式の反応により生成されるNO3、N2O5の量も少なくなってしまう。
(Third Modification)
Further, the ozone supply amount may be further increased so that the molar ratio of ozone to nitrogen monoxide in the mixed gas is 2 or more (mol (O 3 ) / mol (NO) ≧ 2). If the molar ratio of ozone (O 3 ) to nitrogen monoxide (NO) in the mixed gas is greater than 1, ozone is still in the mixed gas even after NO is oxidized to NO 2 by the above-described first equation. Since it remains, the reactions of the second and third formulas occur to generate NO 3 and N 2 O 5 . However, when the amount of ozone remaining after the reaction of the first formula is very small, the amounts of NO 3 and N 2 O 5 produced by the reactions of the second and third formulas are also reduced.
そこで、第3変形例では、混合ガス中のオゾンとNOのモル比がmol(O3)/mol(NO)≧2となるように、オゾンの供給量を調整する。これにより、第1式の反応後、第2式、第3式の反応時に当該反応に寄与するオゾンを十分な量だけ残存させ、高次の窒素酸化物の量を、確実に増加することができる。以上述べたように、第6変形例によれば、NOを酸化してNO3、N2O5とするのに十分な量のオゾンを供給することができ、NOx吸蔵反応を効果的に促進することができる。 Therefore, in the third modification, the supply amount of ozone is adjusted so that the molar ratio of ozone to NO in the mixed gas is mol (O 3 ) / mol (NO) ≧ 2. As a result, after the reaction of the first formula, a sufficient amount of ozone that contributes to the reaction during the reactions of the second formula and the third formula remains, and the amount of higher-order nitrogen oxides can be increased reliably. it can. As described above, according to the sixth modification, it is possible to supply a sufficient amount of ozone to oxidize NO into NO 3 and N 2 O 5 , effectively promoting the NOx occlusion reaction. can do.
なお、このような処理は、ECU50が、「NOx保持材24に流れ込む混合ガス中の一酸化窒素(NO)に対するオゾン(O3)のモル比が2以上となるようにオゾン供給量を調整する処理」を実行することで実現される。
In this process, the
(第4変形例「オゾン供給形態」)
実施の形態1では、触媒装置20の外にオゾン供給装置30を設け、オゾン噴射口32を触媒装置20内に配置する構成で、オゾン供給を行った。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。公知となっている種々のオゾン発生装置およびオゾン発生方法を用いて、排気ガスへのオゾン添加を行うことができる。例えば、排気通路12内若しくは触媒装置20内に、プラズマ放電によって直接オゾンを生成するような構成としてもよい。
(4th modification "ozone supply form")
In Embodiment 1, the
実施の形態2.
[実施の形態2の構成]
図8は、実施の形態2の装置を説明するための図である。実施の形態2の装置は、排気通路12に、触媒装置20にかえて触媒装置40を有している点で、実施の形態1と相違している。その他の実施の形態1と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Configuration of Embodiment 2]
FIG. 8 is a diagram for explaining the apparatus according to the second embodiment. The apparatus of the second embodiment is different from the first embodiment in that the
実施の形態2が有する触媒装置40は、実施の形態1の触媒装置20と同様に、その内部に、NOx保持材24を有している。そして、触媒装置40は、NOx保持材24の下流に、オゾン分解触媒46、三元触媒48を順次備えている。オゾン分解触媒46は、Pdを含んでいる。また、三元触媒46は、実施の形態1の三元触媒26と同様にPd、Pt、Rhを含み、同様の排気ガス浄化能力を発揮する。
Similar to the
[実施の形態2の作用]
実施の形態2の排気ガス浄化装置も、実施の形態1と同様に、排気ガスにオゾンを供給することで触媒に頼らずにNOx吸蔵反応を促進している。ところで、オゾンが排気ガスに供給された場合、排気ガス中のNOxが酸化されるとともに、触媒装置内に流れ込んだオゾンが内部の構造を酸化するという事態が生じうる。具体的には、オゾンが触媒へと流れ込んだ場合、触媒に含まれる貴金属が被毒(酸化)されうる。
[Operation of Embodiment 2]
Similarly to the first embodiment, the exhaust gas purifying apparatus according to the second embodiment also promotes the NOx occlusion reaction without relying on the catalyst by supplying ozone to the exhaust gas. By the way, when ozone is supplied to the exhaust gas, NOx in the exhaust gas is oxidized and ozone flowing into the catalyst device may oxidize the internal structure. Specifically, when ozone flows into the catalyst, the noble metal contained in the catalyst can be poisoned (oxidized).
触媒には種々の貴金属が用いられるが、その中にはPt、Rhなど酸化反応によって活性能力が減少する元素も含まれている。従って、オゾン供給によるNOx吸蔵反応の促進を行う場合には、触媒にオゾンが流入するのを防ぎ、触媒機能の低下を回避することが望ましい。 Various precious metals are used as the catalyst, and some of them include elements such as Pt and Rh whose activity ability decreases due to oxidation reaction. Therefore, when the NOx occlusion reaction is promoted by supplying ozone, it is desirable to prevent ozone from flowing into the catalyst and avoid a decrease in catalyst function.
そこで、実施の形態2では、触媒装置40内において、NOx保持材24の下流であってかつ三元触媒48の上流位置に、オゾン分解触媒46を設けている。オゾン分解触媒46に含まれているPdは、オゾンを分解する機能を有している。このような構成とすることにより、先ず、排気ガス中のNOxが、オゾン供給により酸化されてからNOx保持材24を流通する過程で吸蔵される。そして、排気ガスと混合したオゾンのうち、NOxの酸化に寄与せずNOx保持材24の下流へと流れ出したものについては、オゾン分解触媒46により分解される。その結果、三元触媒48の排気ガス浄化能力へのオゾンの影響を抑えることができる。
Therefore, in the second embodiment, the
以上説明したように、実施の形態2によれば、NOx保持材24下流のガス中のオゾンを分解してから、当該ガスを三元触媒48へと流入させることができる。これにより、オゾンが三元触媒48へと流入するのを防止し、触媒に用いられているPt、Rhを始めとした貴金属がオゾンによって酸化されるのを防止できる。その結果、貴金属の活性機能に影響が生ずるのを避け、三元触媒48の排気ガス浄化能力への影響を抑えることができ、良好なエミッション特性を確保することができる。
As described above, according to the second embodiment, after the ozone in the gas downstream of the
また、実施の形態2によれば、オゾン分解触媒46にパラジウム(Pd)を含ませている。Pdはオゾンを分解する機能を有するとともに、酸化されてもその活性機能が低下し難く、排気ガス浄化能力が比較的保たれ易い(むしろ、酸化Pdのほうが活性が高い)という特徴を有している。このため、実施の形態2によれば、オゾンに起因する排気ガス浄化能力の低下をより効果的に防止することができる。
Further, according to
また、実施の形態2によれば、オゾン分解触媒46下流の三元触媒48に、PtおよびRhを含ませている。PtおよびRhは、NOx浄化能力が比較的高いものの、オゾンによる酸化でその活性能力が減少してしまう。実施の形態2によれば、オゾン分解触媒46により、三元触媒48にオゾンが流れ込むのを確実に防止できるので、当該影響を避けつつPt、Rhを三元触媒48に含ませることができる。
Further, according to the second embodiment, Pt and Rh are included in the three-
尚、上述した実施の形態2では、オゾン分解触媒46が前記第2の発明における「オゾン分解触媒」に相当している。
In the second embodiment described above, the
なお、実施の形態2では、オゾン分解触媒46に、オゾン分解物質としてパラジウム(Pd)を含ませている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。オゾンを分解する種々の物質、公知のオゾン分解物質、オゾン分解剤を、適宜オゾン分解触媒46に含ませることとすればよい。具体的には、オゾン分解特性を示す材料として、銀(Ag)や二酸化マンガン(MnO2)を含ませることができる。
In
[実施の形態2の実験結果]
実施の形態2では、実施の形態1と同様の測定系を用いて実験を行った。以下、その結果について説明する。
[Experimental result of Embodiment 2]
In the second embodiment, an experiment was performed using the same measurement system as in the first embodiment. The results will be described below.
(測定形の構成)
実施の形態2の実験で用いた測定系は、実施の形態1の試験体222を図9に示す試験体322に取り替えている点以外は、実施の形態1と同様の構成となっている。以下の説明では、試験体322の構成以外については、上述した実施の形態1の実験における測定系の説明を参照することとし、ここでは詳細な説明を省略する。
(Measurement configuration)
The measurement system used in the experiment of the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the
図9は、試験体322およびその近傍を拡大して示した図である。図3に示すように、試験体322は、石英管内にNOx保持材サンプル324、オゾン分解触媒サンプル326、三元触媒サンプル328を順次収納している(以下、これらを一まとめにして「第2実施例サンプル」とも呼称する)。尚、本実験では、比較例として、試験体322内を、後述する比較例サンプルに置換して同様の実験を行うこととする。
FIG. 9 is an enlarged view of the
(サンプルの作成方法)
図10は、本実験で用いた実施例サンプルおよび比較例サンプルを説明するための図である。図10(a)は、図9にも示したNOx保持材サンプル324、オゾン分解触媒サンプル326、三元触媒サンプル328(すなわち、第2実施例サンプル)をそれぞれ示している。
(How to create a sample)
FIG. 10 is a diagram for explaining an example sample and a comparative example sample used in this experiment. FIG. 10A shows the NOx holding
NOx保持材サンプル324は、以下の手順で作成した。φ30mm×L25mm、4mil/400cpsiのコージェライト製ハニカムに、γ−Al2O3をコートした。コート量は120g/Lとした。これに、酢酸バリウムを吸水担持し、500℃で2時間焼成した。酢酸バリウムの担持量は、0.2mol/Lとした。このようにして作成した触媒を、炭酸水素アンモニウムを含む溶液に浸漬処理し、250℃で乾燥させた。
The NOx
また、オゾン分解触媒サンプル326は、以下の手順で作成した。φ30mm×L25mm、4mil/400cpsiのコージェライト製ハニカムに、CeO2−ZrO2複合酸化物をコートした。コート量は100g/Lとした。さらに、硝酸パラジウム溶液を用いてPdを担持し、乾燥後、450℃で1時間焼成した。Pdの担持量は1g/Lとした。
Further, the ozone
また、三元触媒サンプル328は、以下の手順で作成した。φ30mm×L50mm、4mil/400cpsiのコージェライト製ハニカムに、γ−Al2O3をコートした。コート量は120g/Lとした。さらに、ジニトロジアンミン白金と硝酸ロジウムを含む水溶液を用いてPtとRhを担持し、乾燥後、450℃で1時間焼成した。白金の担持量は1g/Lとし、ロジウムの担持量は0.5g/Lとした。従って、図に示すように、オゾン分解触媒326と三元触媒サンプル328とを併せた各成分の含有量は、Ptが0.035g、Rhが0.0175g、Pdが0.0175g、Al2O3が4.2g、CeO2−ZrO2は1.75gである。
A three-
一方、図10(b)には、比較例サンプル380、382が示されている。比較例サンプル380はNOx保持材としてのサンプルであり、比較例サンプル382は三元触媒としてのサンプルである。比較例サンプル380については、φ30mm×L25mm、4mil/400cpsiのコージェライト製ハニカムに、γ−Al2O3をコートした。コート量は120g/Lとした。これに、酢酸バリウムを吸水担持し、500℃で2時間焼成した。酢酸バリウムの担持量は、0.2mol/Lとした。このようにして作成した触媒を、炭酸水素アンモニウムを含む溶液に浸漬処理し、250℃で乾燥させた。
On the other hand,
比較例サンプル382については、φ30mm×L50mm、4mil/400cpsiのコージェライト製ハニカムに、γ−Al2O3とCeO2−ZrO2複合酸化物をコートした。コート量は、γ−Al2O3が120g/L、CeO2−ZrO2が50g/Lとした。さらに、ジニトロジアンミン白金、硝酸ロジウムおよび硝酸パラジウムを含む水溶液を用いて、Pt、Rh、Pdを担持し、乾燥後、450℃で1時間焼成した。白金の担持量は1g/Lとし、ロジウムの担持量は0.5g/L、Pdの担持量は0.5g/Lとした。従って、図に示すように、比較例サンプル382の各成分の含有量は、Ptが0.035g、Rhが0.0175g、Pdが0.0175g、Al2O3が4.2g、CeO2−ZrO2は1.75gであり、オゾン分解触媒326と三元触媒サンプル328とを併せた各成分の含有量と一致する。
For
(実験内容および浄化率の算出手法)
上記のような構成で、実施の形態1と同様に、模擬ガスへと注入ガスの混合ガスを試験体322へ供給した。その後、実施の形態1と同様の演算手法により浄化率を算出した。
(Experiment content and purification rate calculation method)
In the configuration as described above, the mixed gas of the injected gas was supplied to the
(実験結果)
図11は、上述した内容で行った実験の結果を示す図であり、試験体322内の触媒の温度が30℃から500℃の間のNOx、HC、CO浄化率を示す図である。図11のグラフにあるように、第2実施例サンプル(NOx保持材サンプル324、オゾン分解触媒326、三元触媒サンプル328)を用いた場合のほうが、比較例サンプル380、382を用いた場合よりも、NOx、HC、COの全てにおいて高い浄化率を示していることがわかる。
(Experimental result)
FIG. 11 is a diagram showing the results of the experiment conducted with the above-described contents, and is a diagram showing the NOx, HC, and CO purification rates when the temperature of the catalyst in the
この結果から、実施の形態2によれば、オゾンによる貴金属の活性機能の低下を防止でき、触媒の排気ガス浄化能力を最大限に発揮することができるので、良好なエミッション特性が得られることがわかる。また、上述したように、第2実施例サンプルに含まれる貴金属成分等の含有量は、比較例に含まれるそれらの量と同じである。すなわち、本実施の形態によれば、貴金属成分等を効率よく使用することができる。 From this result, according to the second embodiment, it is possible to prevent the activation function of the noble metal due to ozone and to maximize the exhaust gas purifying ability of the catalyst, so that good emission characteristics can be obtained. Recognize. Further, as described above, the contents of the noble metal component and the like included in the second example sample are the same as those included in the comparative example. That is, according to the present embodiment, a noble metal component or the like can be used efficiently.
[実施の形態2の変形例]
実施の形態2では、活性点として機能する貴金属としてPtおよびRhを含ませた三元触媒46を用いている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。排気ガス浄化装置の三元触媒にオゾンの影響(被毒)を受け活性機能が低下する種々の貴金属を含ませている場合であれば、本発明の思想、即ちオゾン分解触媒を三元触媒上流に配置する思想を用いることにより、実施の形態2と同様の効果を得ることができる。
[Modification of Embodiment 2]
In the second embodiment, a three-
なお、実施の形態2についても、実施の形態1の変形例で述べたのと同様に、オゾン供給の態様、具体的には、オゾンの供給量やオゾン発生手法を、適宜好適なものに変更してもよい。 In the second embodiment as well, as described in the modification of the first embodiment, the ozone supply mode, specifically, the ozone supply amount and the ozone generation method are appropriately changed to appropriate ones. May be.
実施の形態3.
[実施の形態3の構成]
図12は、本発明の実施の形態3の装置を説明するための図である。実施の形態3は、実施の形態1の装置に、温度センサ60を追加したものである。以下、実施の形態1と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Configuration of Embodiment 3]
FIG. 12 is a diagram for explaining the apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, a
実施の形態3の装置が備える温度センサ60は、三元触媒26に接続されている。また、温度センサ60は、ECU50に接続されている。このような構成に依れば、ECU50は温度センサ60の出力に基づいて三元触媒26の温度を検知することができる。
The
[実施の形態3の動作]
実施の形態3においても、実施の形態1と同様に、排気ガスにオゾンを供給することで触媒に頼らずにNOx吸蔵反応を促進している。オゾン供給の手法を用いることにより、内燃機関の始動時など低温状況下でもNOxの酸化を確実に行い、NOx吸蔵を促進することができる。
[Operation of Embodiment 3]
In the third embodiment, as in the first embodiment, the NOx occlusion reaction is promoted by supplying ozone to the exhaust gas without depending on the catalyst. By using the ozone supply method, it is possible to reliably oxidize NOx and promote NOx occlusion even under low temperature conditions such as when the internal combustion engine is started.
ところで、オゾンは、その生成の際に相応のエネルギーが必要とされる。排気ガスへのオゾン供給量が多ければ、オゾン生成に必要なエネルギーも当然に増加する。従って、排気ガスへのオゾン供給が必要以上になされることは好ましくない。 By the way, ozone requires a corresponding energy when it is generated. If the amount of ozone supplied to the exhaust gas is large, the energy required for ozone generation naturally increases. Therefore, it is not preferable to supply ozone to the exhaust gas more than necessary.
オゾン供給を必要とするのは、内燃機関の始動時など低温状態において、三元触媒26が排気ガスを浄化しうる十分な活性温度にないことが、その主たる要因になっている。換言すれば、三元触媒26の温度が活性温度に達すれば、オゾン供給の停止後、NOx吸蔵の促進がなされなくなり吸蔵されていたNOxが放出され始めても、それらを確実に浄化することができる。
The main reason for the need for ozone supply is that the three-
そこで、実施の形態3では、温度センサ60により三元触媒46の温度を把握し、当該温度が排気ガスを浄化しうる活性温度以上となったら、オゾン供給装置30によるオゾンの供給を停止することとする。これにより、オゾンの使用量を抑えつつ、良好なエミッション特性を得ることが可能となる。
Therefore, in the third embodiment, the temperature of the three-
[実施の形態3の具体的処理]
以下、図13を用いて、実施の形態3が行う具体的処理を説明する。図13は、実施の形態3においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。このルーチンは、内燃機関10の始動時、特に低温始動時(Cold Start)に実行される。なお、本実施の形態では、予め実験などにより、三元触媒26が十分な排気ガス浄化能力を発揮できる活性温度T1を把握し、ECU50に記憶しておくこととする。
[Specific Processing of Embodiment 3]
Hereinafter, specific processing performed by the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a flowchart of a routine executed by
図13に示すルーチンでは、先ず、ECU50が温度センサ60の出力を取得し、これに基づいて、三元触媒26の温度(以下、触媒温度Tと呼称する)を検知する(ステップS300)。
In the routine shown in FIG. 13, first, the
続いて、触媒温度Tが、T1未満の状態にあるか否かが判別される(ステップS310)。触媒温度TがT1未満と判別された場合には、三元触媒26が、十分な排気ガス浄化能力を発揮できる活性温度に未だ達していないと判断される。従って、この場合には、NOx酸化ガス供給装置30に対してオゾン供給の指令がなされ、排気ガスにオゾンが供給される(ステップS320)。その後、再度ステップS300からの処理が実行され、触媒温度TがT1以上となるまで、オゾン供給が継続される。
Subsequently, the catalyst temperature T is, whether it is in a state of less than T 1 is is determined (step S310). When the catalyst temperature T is judged to be less than T 1, the three-
ステップS310において、触媒温度TがT1以上と判別された場合には、三元触媒26が、十分な排気ガス浄化能力を発揮できる状態となったと判断される。この場合には速やかにオゾン供給が停止され(ステップS330)、その後、吸蔵したNOxを還元、放出する目的で、排気ガスの空燃比が僅かにリッチ雰囲気(スライトリッチ)となるように燃料噴射量が制御される(ステップS340)。その後、今回のルーチンが終了する。
In step S310, the in the case where the catalyst temperature T is determined to above T 1 is the three-
以上の処理によれば、内燃機関10の始動時、三元触媒26が十分な活性状態にない場合でもNOx吸蔵反応を促進できるとともに、三元触媒26の温度が排気ガスを浄化できる活性温度以上となったら、オゾン供給を速やかに停止することができる。その結果、実施の形態1と同様に触媒毒の影響が生ずるのを回避しつつNOx吸蔵反応を実現でき、更に、オゾンの使用量を抑えてオゾンを効率よく使用し、オゾン生成に必要なエネルギーを少なくすることができる。
According to the above processing, when the
尚、上述した実施の形態3では、ステップS300〜S330の処理が実行されることにより、前記第1の発明における「オゾン供給制御手段」が実現されている。 In the third embodiment described above, the “ozone supply control means” according to the first aspect of the present invention is realized by executing the processing of steps S300 to S330.
[実施の形態3の変形例]
(第1変形例)
実施の形態3では、実施の形態1の構成に対して、図13のルーチンを実行させた。しかしながら、実施の形態1に換えて、実施の形態2の構成に対して同様に図13のルーチンを実行させることとしても良い。すなわち、実施の形態2の構成に対して、三元触媒46に温度センサ60を接続して、図13のルーチンを実行させることとしても良い。
[Modification of Embodiment 3]
(First modification)
In the third embodiment, the routine of FIG. 13 is executed for the configuration of the first embodiment. However, instead of the first embodiment, the routine of FIG. 13 may be similarly executed for the configuration of the second embodiment. That is, with respect to the configuration of the second embodiment, the
(第2変形例)
実施の形態3では、三元触媒26が十分な排気ガス浄化能力を発揮できる活性温度となったら、オゾン供給を完全に停止した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。三元触媒26が活性温度となったらオゾンの使用量を徐々に低減(抑制)し、その後供給を停止することとしてもよい。
(Second modification)
In the third embodiment, the ozone supply is completely stopped when the three-
(第3変形例)
実施の形態3では、温度センサ60の出力に基づいて三元触媒26の温度を検知し、オゾン供給を制御した。しかしながら、本発明はこれに限られず、例えば、内燃機関10の運転状態や排気ガスの温度、始動後に十分な時間が経過したか否かなどにより、三元触媒26が十分な排気ガス浄化能力を発揮する活性温度に達したか否かを判断してもよい。
(Third Modification)
In the third embodiment, the temperature of the three-
なお、実施の形態3においても、実施の形態1または2で述べた変形例を適宜用いることが可能である。 In the third embodiment, the modifications described in the first or second embodiment can be used as appropriate.
実施の形態4.
[実施の形態4の構成]
図12は、本発明の実施の形態4の装置を説明するための図である。実施の形態4は、実施の形態3の装置に、更に空燃比センサ70を備えたものである。以下、実施の形態3と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
Embodiment 4 FIG.
[Configuration of Embodiment 4]
FIG. 12 is a diagram for explaining the apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the apparatus of the third embodiment is further provided with an air-
実施の形態4の装置が備える空燃比センサ70は、三元触媒26の下流に配置されている。空燃比センサ70は、三元触媒26から流出する排気ガスの空燃比に対してほぼリニアな出力を発するセンサである。空燃比センサ70はECU50に接続されており、ECU50は空燃比センサ70の出力に基づいて三元触媒26下流の雰囲気を検知することができる。また、実施の形態4の装置では、ECU50が内燃機関10の燃料噴射弁と接続されており、ECU50が制御信号を発することで、適宜、内燃機関10の燃料噴射量が調節されるようになっている。
The air-
[実施の形態4の動作]
実施の形態4においても、実施の形態3と同様に、排気ガスにオゾンを供給することで触媒に頼らずにNOx吸蔵反応を促進している。オゾン供給の手法を用いることにより、内燃機関の始動時など低温状況下でもNOxの酸化を確実に行い、NOx吸蔵を促進することができる。
[Operation of Embodiment 4]
In the fourth embodiment, as in the third embodiment, the NOx occlusion reaction is promoted by supplying ozone to the exhaust gas without depending on the catalyst. By using the ozone supply method, it is possible to reliably oxidize NOx and promote NOx occlusion even under low temperature conditions such as when the internal combustion engine is started.
実施の形態4の内燃機関10の始動時、上述したような排気ガスへのオゾンの供給が実行されている間は、実施の形態1と同様、ストイキ条件の運転がなされるように内燃機関10の燃料噴射量がオープンループ制御されている。実施の形態4では、その後、内燃機関10が始動してから十分な時間が経過して三元触媒26の温度も上昇し、触媒の活性機能が十分に発揮されうる状況となったら、オゾン供給を停止する。
When the
オゾンの供給が停止されると、吸蔵されていたNOxが排気ガス中の還元剤(HC、CO)と反応してNOxが放出する反応(NOx放出反応)が活発になる。これに起因して、NOx放出反応が生じている状況下では、排気ガスの組成がストイキの場合、放出されたNOxの分だけリーン雰囲気になり還元材料が不足してしまう。 When the supply of ozone is stopped, the reaction in which the stored NOx reacts with the reducing agent (HC, CO) in the exhaust gas to release NOx (NOx release reaction) becomes active. As a result, under the situation where the NOx releasing reaction occurs, if the composition of the exhaust gas is stoichiometric, the amount of released NOx becomes a lean atmosphere and the reducing material becomes insufficient.
そこで、実施の形態4では、これに対処するために、オゾンの供給が停止されたら、内燃機関10の燃料噴射量の制御を、オープンループ制御から、空燃比センサ70の出力を用いたクローズドループ制御へと切り替えることとする。これにより、NOx放出反応により生じたリーン化分を相殺するように、燃料噴射量を補正(リッチ化)することができる。その結果、NOx放出反応によるリーン化の影響が生じていても、燃料噴射量を補正して排気ガスの組成を適切な状態に保つことができる。
Therefore, in the fourth embodiment, in order to cope with this, when the supply of ozone is stopped, the fuel injection amount of the
また、実施の形態4では、空燃比センサ70がリッチ出力を示したら、燃料噴射量を低減し、空燃比を適性範囲内に調整する。このような手法によれば、上述した燃料噴射量の補正を過不足なく行うことができる。加えて、空燃比のリッチ化補正後にNOx放出が収まったにも係らずリッチ化補正が継続されるという事態を防ぐこともできる。
In the fourth embodiment, when the air-
以上説明したように、実施の形態4によれば、実施の形態1と同様に触媒毒の影響が生ずるのを回避しつつNOx吸蔵反応を実現できるとともに、NOx放出反応が生じている期間であっても、燃料噴射量の補正を過不足なく行い、良好なエミッション特性を保つことができる。 As described above, according to the fourth embodiment, the NOx occlusion reaction can be realized while avoiding the influence of the catalyst poison as in the first embodiment, and the NOx releasing reaction is occurring. However, it is possible to correct the fuel injection amount without excess or deficiency and maintain good emission characteristics.
[実施の形態4の具体的処理]
以下、図15を用いて、実施の形態4の装置が行う具体的処理を説明する。図15は、実施の形態4において実行されるルーチンのフローチャートであり、内燃機関10の始動時、低温状態(例えば、Cold Start時)において実行される。なお、図15のルーチンのステップS300〜S330の処理は、実施の形態3と同様の処理であるため、その説明を省略する。そして、実施の形態4における上記ステップ実行中は、ストイキ条件の運転がなされるように内燃機関10の燃料噴射量がオープンループ制御されているものとする。
[Specific processing of the fourth embodiment]
Hereinafter, specific processing performed by the apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a flowchart of a routine executed in the fourth embodiment, which is executed when the
ステップS330においてオゾン供給が停止されると、硝酸塩として吸蔵されていたNOxが排気ガス中の還元剤と反応し、NOxの放出反応が活発化する。そこで、図15のルーチンでは、ステップS440の処理において、燃料噴射量の制御を、それまで実行していたオープンループ制御による制御から、排気ガスセンサの出力を燃料噴射量へとフィードバックするクローズドループ制御による制御へと切り替えることとしている。具体的には、ステップS440の処理により、それまで実行されていたオープンループ制御が停止され、ECU50が実行する処理が下記のステップS450〜S490へと移行する。これにより、燃料噴射量制御がクローズドループ制御へと切替えられる。
When the ozone supply is stopped in step S330, the NOx stored as nitrate reacts with the reducing agent in the exhaust gas, and the NOx release reaction is activated. Therefore, in the routine of FIG. 15, in the process of step S440, the control of the fuel injection amount is controlled by the closed loop control that feeds back the output of the exhaust gas sensor to the fuel injection amount from the control by the open loop control that has been executed so far. We are going to switch to control. Specifically, the open loop control that has been executed so far is stopped by the process of step S440, and the process executed by the
ステップS450では、先ず、ECU50が空燃比センサ70の出力を取得して、三元触媒26から流出する排気ガスの空燃比がリーンであるか否かが判別される。ステップS450の条件の成立が認められた場合には、排気ガス中の還元剤がNOx還元反応に用いられ、排気ガスがリーン化しているとの判断がなされる。従って、この場合には、燃料噴射量が増加される(ステップS460)。ステップS460の処理が終わると、再びS450の処理が実行され、排気ガスがリーン雰囲気を脱するまで燃料噴射量の補正が行われる。
In step S450, first, the
ステップS450で空燃比センサ70の出力がリーンではないと判別された場合には、次に、空燃比センサ70の出力がリッチであるか否かの判別が行われる(ステップS470)。この条件の成立が認められた場合には、ステップS460の燃料噴射量の増量が過多であるとの判断がなされ、燃料噴射量の減量補正が行われる(ステップS480)。減量補正が行われた後は、ステップS450の処理に戻り、空燃比センサ70の出力がリーンであるか否かの判別が再び行われる。
If it is determined in step S450 that the output of the air-
このように、ステップS450〜S480の処理が実行されることで、NOx放出反応によるリーン化の影響を相殺するように、過不足なく、燃料噴射量を補正することができる。その結果、NOx放出反応が生じている状況下でも、排気ガスの組成を適切な状態に保ち、良好なエミッション特性を確保することができる。 As described above, by executing the processing of steps S450 to S480, the fuel injection amount can be corrected without excess or deficiency so as to offset the influence of leaning due to the NOx release reaction. As a result, even under a situation in which the NOx releasing reaction occurs, the composition of the exhaust gas can be maintained in an appropriate state, and good emission characteristics can be ensured.
ステップS470において、空燃比センサ70の出力がリッチではないと判別された場合は、空燃比がストイキ雰囲気にあるとの判断がなされる。この場合には、ルーチン停止条件が成立しているか否かが判別される(ステップS490)。実施の形態4では、予め実験などにより、NOx保持材24に吸蔵されたNOxが十分に放出されるまでの時間を計測しておき、ステップS330のオゾン供給停止後に当該時間が経過したか否かを、ルーチンの停止条件とする。
If it is determined in step S470 that the output of the air-
ステップS470の成立が認められない場合には、未だNOx放出反応が生じているとの判断がなされ、再びステップS450の処理が実行される。当該条件の成立が認められた場合には、NOx放出反応が終了したとの判断がなされ、今回のルーチンが終了し、内燃機関10の運転条件が通常の運転条件へと移行する。
If the establishment of step S470 is not confirmed, it is determined that the NOx releasing reaction is still occurring, and the process of step S450 is executed again. If it is determined that the condition is satisfied, it is determined that the NOx releasing reaction has ended, the current routine ends, and the operating condition of the
以上の処理によれば、実施の形態1と同様に触媒毒の影響が生ずるのを回避しつつNOx吸蔵反応を実現でき、実施の形態3と同様にオゾンを効率良く使用できるとともに、更に、NOx放出反応による影響を考慮して燃料噴射量を補正することにより、NOx放出反応によるリーン化の影響が生じていても、空燃比を過不足なく補正して排気ガスの組成を適切な状態に保つことができる。更に、空燃比のリッチ化補正後に、NOx放出が収まったにも係らずリッチ化補正が継続されるという事態を、防ぐことができる。その結果、良好なエミッション特性を確保することができる。 According to the above process, the NOx occlusion reaction can be realized while avoiding the influence of the catalyst poison as in the first embodiment, and ozone can be used efficiently as in the third embodiment. By correcting the fuel injection amount in consideration of the effect of the release reaction, even if there is an effect of leaning due to the NOx release reaction, the air-fuel ratio is corrected without excess or deficiency and the composition of the exhaust gas is maintained in an appropriate state. be able to. Furthermore, after the air-fuel ratio enrichment correction, it is possible to prevent a situation where the enrichment correction is continued even though the NOx release has stopped. As a result, good emission characteristics can be ensured.
尚、上述した実施の形態4では、空燃比センサ70が、前記第5の発明の「排気ガスセンサ」に、ステップS300〜S330の処理中に実行されているオープンループ制御による燃料噴射量制御が「第1噴射量制御手段」に、それぞれ相当している。また、上述した具体的処理では、ステップS450〜S480が実行されることで前記第5の発明の「第2噴射量制御手段」が、それぞれ実現されている。そして、ECU50がステップS440を実行することで、前記第5の発明の「噴射量制御切替手段」が実現されている。
In the fourth embodiment described above, the air-
[実施の形態4の変形例]
(第1変形例)
実施の形態4では、実施の形態1の構成に対して、図15のルーチンを実行させた。しかしながら、実施の形態1に換えて、実施の形態2の構成に対して同様に図15のルーチンを実行させることとしても良い。すなわち、実施の形態2の構成に対して、三元触媒46に温度センサ60を接続し、三元触媒46の下流に空燃比センサ70を配置して、図15のルーチンを実行させることとしても良い。
[Modification of Embodiment 4]
(First modification)
In the fourth embodiment, the routine of FIG. 15 is executed for the configuration of the first embodiment. However, instead of the first embodiment, the routine of FIG. 15 may be similarly executed for the configuration of the second embodiment. That is, with respect to the configuration of the second embodiment, the
(第2変形例)
実施の形態4の具体的処理では、ステップS440において燃料噴射量の制御をオープンループ制御からクローズドループ制御(フィードバック制御)へと切り替えて、その後、ステップS490のルーチン停止条件の成立が認められたら、通常の運転状態に移行するようにした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。通常の運転状態が燃料噴射量のフィードバック制御を含むような構成の場合には、実施の形態4とは異なり、オープンループ制御から、フィードバック制御を含む通常の運転状態へと直接移行することとしてもよい。
(Second modification)
In the specific processing of the fourth embodiment, when the control of the fuel injection amount is switched from the open loop control to the closed loop control (feedback control) in step S440, and then the establishment of the routine stop condition in step S490 is recognized, Changed to normal operating state. However, the present invention is not limited to this. In the case where the normal operation state includes the feedback control of the fuel injection amount, unlike the fourth embodiment, the direct operation may be shifted from the open loop control to the normal operation state including the feedback control. Good.
すなわち、内燃機関の空燃比制御機構として、従来、例えば、触媒の上流に配置される空燃比センサと、触媒の下流に配置されるサブ酸素センサと、触媒に流入する排気ガスの空燃比が制御目標空燃比と一致するように空燃比センサの出力を燃料噴射量にフィードバックするメインフィードバック機構と、触媒から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるようにサブ酸素センサの出力を燃料噴射量にフィードバックするサブフィードバック機構と、を備える空燃比フィードバック制御機構などが知られている(例えば、特開2005−48711号公報)。 That is, as an air-fuel ratio control mechanism for an internal combustion engine, conventionally, for example, an air-fuel ratio sensor disposed upstream of the catalyst, a sub-oxygen sensor disposed downstream of the catalyst, and an air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the catalyst are controlled. A main feedback mechanism that feeds back the output of the air-fuel ratio sensor to the fuel injection amount so that it matches the target air-fuel ratio, and the fuel injection of the output of the sub oxygen sensor so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the catalyst becomes the stoichiometric air-fuel ratio An air-fuel ratio feedback control mechanism including a sub-feedback mechanism that feeds back the amount is known (for example, JP-A-2005-48711).
ステップS440において、燃料噴射量制御をこのような空燃比フィードバック制御へと直接切り替えることにより、本発明における燃料噴射量制御の切替を実現することとしてもよい。 In step S440, the fuel injection amount control in the present invention may be realized by directly switching the fuel injection amount control to the air-fuel ratio feedback control.
なお、上述した第2変形例では、触媒の下流に配置される「サブ酸素センサ」が、前記第3の発明の「排気ガスセンサ」に相当し、内燃機関の通常運転制御が含むサブフィードバック制御が、前記第3の発明の「第2燃料噴射量制御手段」に相当している。 In the second modification described above, the “sub oxygen sensor” disposed downstream of the catalyst corresponds to the “exhaust gas sensor” of the third aspect of the invention, and the sub feedback control included in the normal operation control of the internal combustion engine is performed. This corresponds to the “second fuel injection amount control means” of the third aspect of the invention.
(第3変形例)
実施の形態3では、主に、「触媒温度に応じてオゾンおよび空気供給の切替を行う」という思想(具体的には、図13のルーチンのステップS300〜S330の処理に相当し、以下「第3の思想」とも呼称する)について説明している。そして、実施の形態4では、主に、「NOx放出反応時に燃料噴射量を補正する」という思想(具体的には、図15のルーチンのステップS440〜S490の処理に相当し、以下「第4の思想」とも呼称する)について説明している。
(Third Modification)
In the third embodiment, the idea of “switching ozone and air supply in accordance with the catalyst temperature” (specifically, this corresponds to the processing of steps S300 to S330 of the routine of FIG. 3) is also referred to. In the fourth embodiment, the idea of “correcting the fuel injection amount during the NOx releasing reaction” (specifically, this corresponds to the processing of steps S440 to S490 of the routine of FIG. Also referred to as “idea”.
上述した実施の形態4の具体的処理(図15のルーチン)には、上記第3の思想と第4の思想の両方が含まれている(図15のステップS300〜S330およびS440〜S490)。しかしながら、これは、第4の思想が必ずしも第3の思想と組み合わせて用いられることを意味するものではなく、第4の思想のみを単独で用いることができる。 The specific process (routine in FIG. 15) of the fourth embodiment described above includes both the third idea and the fourth idea (steps S300 to S330 and S440 to S490 in FIG. 15). However, this does not necessarily mean that the fourth idea is used in combination with the third idea, and only the fourth idea can be used alone.
すなわち、実施の形態1、2に対して、第4の思想のみを適用することができる。具体的には、例えば、図15のルーチンを応用して、「スタート→オゾン供給開始→所定のオゾン供給停止条件に達するまでオゾン供給を継続→オゾン停止条件が成立したらオゾン供給停止→ステップS440以降の処理を実行」の処理を行うこととすればよい。 That is, only the fourth idea can be applied to the first and second embodiments. Specifically, for example, by applying the routine of FIG. 15, “Start → Start ozone supply → Continue ozone supply until a predetermined ozone supply stop condition is reached → Stop ozone supply when the ozone stop condition is satisfied → Step S440 and after. It is sufficient to perform the process “execute the process.”
なお、実施の形態4では、三元触媒26の下流に空燃比センサを設け、その出力に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御した。しかしながら、空燃比センサのかわりに、酸素センサを用いることとしてもよい。また、実施の形態4においても、実施の形態1〜3で述べた変形例を適宜用いることが可能である。
In the fourth embodiment, an air-fuel ratio sensor is provided downstream of the three-
なお、NOx保持材は、NOxを吸蔵するのみでなく、NOxを吸着する場合もありうる。すなわち、NOx吸蔵還元型触媒22は、NOxを吸蔵するだけではなく、吸着する場合もあり得る。このため、NOx保持材における「保持」は、NOxを「吸蔵」する意味のみでなく、NOxを「吸着」する意味も含む。すなわち、上記の説明における「NOx吸蔵物質」を「NOx保持物質」と読み替えてもよい。 The NOx holding material may not only occlude NOx but also adsorb NOx. That is, the NOx occlusion reduction type catalyst 22 may not only occlude NOx but also adsorb it. For this reason, “holding” in the NOx holding material includes not only the meaning of “occluding” NOx but also the meaning of “adsorbing” NOx. That is, “NOx storage substance” in the above description may be read as “NOx retention substance”.
10 内燃機関 12 排気通路
20、40 触媒装置 24 NOx保持材
26、48 三元触媒 30 オゾン供給装置
32 オゾン噴射口 34 空気入口
46 オゾン分解触媒 50 ECU
60 温度センサ 70 空燃比センサ
DESCRIPTION OF
60
Claims (5)
前記NOx保持材の下流に配置される三元触媒と、
前記NOx保持材に流れ込む排気ガスと混合するようにオゾン(O3)を供給するオゾン供給手段と、
前記三元触媒の温度が排気ガスを浄化しうる活性温度以上となったら前記オゾン供給手段によるオゾン供給を抑制または停止するオゾン供給制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。 A NOx holding material disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine;
A three-way catalyst disposed downstream of the NOx holding material;
Ozone supply means for supplying ozone (O 3 ) so as to be mixed with the exhaust gas flowing into the NOx holding material;
Ozone supply control means for suppressing or stopping ozone supply by the ozone supply means when the temperature of the three-way catalyst is equal to or higher than an activation temperature capable of purifying exhaust gas;
An exhaust gas purifying device for an internal combustion engine, comprising:
オープンループ制御により前記内燃機関の燃料噴射量を制御する第1噴射量制御手段と 前記三元触媒から流出する排気ガスが理論空燃比となるように前記排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックして、クローズドループ制御により燃料噴射量を制御する第2噴射量制御手段と、
前記オゾン供給手段によるオゾン供給の実行中に前記第1噴射量制御手段による燃料噴射量制御を実行し、該オゾン供給手段によるオゾン供給が停止したら内燃機関の燃料噴射量制御を前記第1噴射量制御手段による制御から前記第2噴射量制御手段による制御へ切り替える噴射量制御切替手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。 An exhaust gas sensor disposed downstream of the three-way catalyst;
The first injection amount control means for controlling the fuel injection amount of the internal combustion engine by open loop control and the output of the exhaust gas sensor is fed back to the fuel injection amount so that the exhaust gas flowing out from the three-way catalyst has a stoichiometric air-fuel ratio. A second injection amount control means for controlling the fuel injection amount by closed loop control;
The fuel injection amount control by the first injection amount control means is executed during the ozone supply by the ozone supply means, and when the ozone supply by the ozone supply means is stopped, the fuel injection amount control of the internal combustion engine is controlled by the first injection amount. Injection amount control switching means for switching from control by the control means to control by the second injection amount control means;
The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4 , further comprising:
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