JP6817864B2 - Exhaust gas purification device - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンから排気された排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purifying device that purifies the exhaust gas exhausted from the engine.
燃費を向上するために、理論空燃比(ストイキ)よりもリーンな空燃比で燃料を燃焼させるリーン燃焼を実行可能なエンジンが開発されている。リーン燃焼が行われると、理論空燃比で燃焼させた場合と比べて窒素酸化物(NOx)が発生しやすい。このため、上記リーン燃焼を実行可能なエンジンの排気路にNOx吸蔵還元触媒(LNT:Lean NOx Trap)を設けておき、排気ガスからNOxを除去している(例えば、特許文献1)。 In order to improve fuel efficiency, engines capable of lean combustion have been developed in which fuel is burned at a leaner air-fuel ratio than the theoretical air-fuel ratio (stoichi). When lean combustion is performed, nitrogen oxides (NOx) are more likely to be generated as compared with the case where combustion is performed at the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, a NOx storage reduction catalyst (LNT: Lean NOx Trap) is provided in the exhaust passage of the engine capable of executing the lean combustion to remove NOx from the exhaust gas (for example, Patent Document 1).
NOx吸蔵還元触媒は、リーン燃焼させている間にNOxを吸蔵することで排気ガスからNOxを除去する。そして、所定のタイミングでストイキよりもリッチな空燃比で燃料を燃焼させるリッチ燃焼(リッチスパイク)を行うことで、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxを脱離させるとともにNOx吸蔵還元触媒においてNOxを還元する。 The NOx storage reduction catalyst removes NOx from the exhaust gas by storing NOx during lean combustion. Then, by performing rich combustion (rich spike) in which the fuel is burned at an air-fuel ratio richer than that of stoichiometric at a predetermined timing, NOx stored in the NOx occlusion reduction catalyst is desorbed and NOx is produced in the NOx occlusion reduction catalyst. Reduce.
上記リーン燃焼を実行可能なエンジンにおいて、NOxの排出量を低減させたまま、さらに燃費を向上させることができる技術の開発が希求されている。 In the engine capable of performing the lean combustion, the development of a technique capable of further improving the fuel efficiency while reducing the NOx emission amount is desired.
本発明は、NOxの排出量を低減させたまま、燃費をさらに向上させることができる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device capable of further improving fuel efficiency while reducing NOx emissions.
上記課題を解決するために、本発明の排気ガス浄化装置は、エンジンから排気された排気ガスが通過する上流側排気路に設けられた三元触媒と、前記上流側排気路における前記三元触媒の下流から分岐された複数の下流側排気路と、前記複数の下流側排気路それぞれに設けられ、前記エンジンからの距離が互いに異なる複数のNOx吸蔵還元触媒と、前記NOx吸蔵還元触媒の温度、および、前記エンジンの空燃比に基づいて、前記排気ガスの流れを前記複数の下流側排気路のうちいずれか1の下流側排気路に切り換える切換部と、を備え、前記切換部は、前記空燃比がリーンの場合であって、第1の前記NOx吸蔵還元触媒の温度が吸蔵温度範囲内である場合、前記第1のNOx吸蔵還元触媒が設けられた前記下流側排気路に排気ガスを通過させ、前記空燃比がリーンの場合であって、前記第1のNOx吸蔵還元触媒の温度が前記吸蔵温度範囲の上限値を上回り、前記第1のNOx吸蔵還元触媒よりも前記エンジンからの距離が遠い第2の前記NOx吸蔵還元触媒の温度が吸蔵温度範囲内である場合、前記第2のNOx吸蔵還元触媒が設けられた前記下流側排気路に排気ガスを通過させる。 In order to solve the above problems, the exhaust gas purification device of the present invention comprises a ternary catalyst provided in the upstream exhaust gas passage through which the exhaust gas exhausted from the engine passes, and the ternary catalyst in the upstream exhaust gas passage. A plurality of NOx storage reduction catalysts provided in each of the plurality of downstream exhaust passages branched from the downstream side of the engine and different distances from the engine, and the temperatures of the NOx storage reduction catalysts. And, based on the air-fuel ratio of the engine , the switching unit is provided with a switching unit for switching the flow of the exhaust gas to the downstream exhaust gas path of any one of the plurality of downstream exhaust gas paths, and the switching unit is empty. When the fuel ratio is lean and the temperature of the first NOx storage reduction catalyst is within the storage temperature range, the exhaust gas passes through the downstream exhaust passage provided with the first NOx storage reduction catalyst. In the case where the air-fuel ratio is lean, the temperature of the first NOx storage reduction catalyst exceeds the upper limit of the storage temperature range, and the distance from the engine is larger than that of the first NOx storage reduction catalyst. If the temperature of the distant second said NOx storage reduction catalyst is within the storage temperature range, Ru passed through the exhaust gas to the downstream exhaust passage, wherein the second NOx storage reduction catalyst is provided.
また、前記切換部は、前記空燃比がリーンの場合であって、前記第2のNOx吸蔵還元触媒の温度が前記吸蔵温度範囲の上限値を上回ると、前記第1のNOx吸蔵還元触媒が設けられた前記下流側排気路、および、前記第2のNOx吸蔵還元触媒が設けられた前記下流側排気路に排気ガスを通過させてもよい。
Further, when the air-fuel ratio is lean and the temperature of the second NOx storage reduction catalyst exceeds the upper limit of the storage temperature range, the switching unit is provided with the first NOx storage reduction catalyst. Exhaust gas may be passed through the downstream exhaust passage provided and the downstream exhaust passage provided with the second NOx storage reduction catalyst .
また、前記NOx吸蔵還元触媒を冷却する冷却部を備えてもよい。 Further, a cooling unit for cooling the NOx storage reduction catalyst may be provided.
また、前記下流側排気路における前記NOx吸蔵還元触媒の上流側から分岐され、前記NOx吸蔵還元触媒の下流側に再接続されるバイパス路を備え、前記切換部は、前記排気ガスの流れを、前記複数の下流側排気路および前記バイパス路のうちいずれか1に切り換えてもよい。 Further, the downstream exhaust passage is provided with a bypass path that is branched from the upstream side of the NOx storage reduction catalyst and reconnected to the downstream side of the NOx storage reduction catalyst, and the switching unit allows the flow of the exhaust gas to flow. You may switch to any one of the plurality of downstream exhaust passages and the bypass passage.
本発明によれば、NOxの排出量を低減させたまま、燃費をさらに向上させることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to further improve fuel efficiency while reducing NOx emissions.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, other specific numerical values, and the like shown in the embodiment are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are designated by the same reference numerals to omit duplicate description, and elements not directly related to the present invention are not shown. To do.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態のエンジンシステム100の構成を示す概略図である。なお、図1中、信号の流れを破線の矢印で示す。図1に示すように、エンジンシステム100には、中央処理装置(CPU)、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含むマイクロコンピュータでなるECU(Engine Control Unit)110が設けられ、ECU110によりエンジン120全体が統括制御される。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。また、ここでは、エンジン120として、ガソリンエンジンを例に挙げて説明する。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the
エンジン120の排気ポートには排気マニホールドが連通され、排気マニホールドの集合部には、上流側排気路130が連通される。
An exhaust manifold is communicated with the exhaust port of the
そして、エンジンシステム100には、エンジン120から排気される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置200が設けられている。以下、排気ガス浄化装置200の具体的な構成について詳述する。
The
(排気ガス浄化装置200)
排気ガス浄化装置200は、三元触媒(TWC:Three-Way Catalyst)210と、下流側排気路220A、220Bと、NOx吸蔵還元触媒(LNT:Lean NOx Trap)230A、230Bと、切換部240と、冷却部250とを含んで構成される。また、ECU110は、排気ガス浄化装置200を構成する空燃比制御部310、切換制御部320としても機能する。
(Exhaust gas purification device 200)
The exhaust
上流側排気路130には、三元触媒210が設けられている。三元触媒210は、例えば、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)が担持された担体で構成され、エンジン120がストイキ燃焼を行っている場合に、エンジン120から排出された排気ガスに含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)を浄化(酸化還元)する。
A three-
上流側排気路130の下流端は、下流側排気路220Aと、下流側排気路220Bとに分岐される。
The downstream end of the
下流側排気路220Aには、NOx吸蔵還元触媒230Aが設けられている。下流側排気路220Bには、NOx吸蔵還元触媒230Bが設けられている。NOx吸蔵還元触媒230Aは、NOx吸蔵還元触媒230Bよりもエンジン120からの距離が近い位置に配される。つまり、エンジン120とNOx吸蔵還元触媒230Aとの間に形成される排気ガスの流路は、エンジン120とNOx吸蔵還元触媒230Bとの間に形成される排気ガスの流路よりも短い。したがって、エンジン120から同温度の排気ガスが排気された場合に、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度は、NOx吸蔵還元触媒230Aよりも低くなる。
A NOx
NOx吸蔵還元触媒230A、230Bは、例えば、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、バリウム(Ba)、カリウム(K)が担持された担体で構成され、エンジン120がリーン燃焼を行っている場合に、NOxを一旦吸蔵する。また、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bは、エンジン120がリッチ燃焼を行っている場合に、吸蔵したNOxを浄化(還元)する。さらに、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bは、エンジン120がストイキ燃焼を行っている場合には、三元触媒としても機能し、NOxの還元に加え、HC、COを浄化(酸化)する。
The NOx
図2は、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bの温度と、NOxの吸蔵および還元との関係を説明する図である。図2に示すように、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bは、所定の温度範囲において、空燃比がリーンであれば、NOxを吸蔵する。なお、NOx吸蔵還元触媒230A、230BがNOxを吸蔵可能な温度範囲を吸蔵温度範囲と称する。したがって、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bは、吸蔵温度範囲の上限値Kmaxを上回ると、NOxの吸蔵が困難になる。
FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the temperatures of the NOx
一方、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bは、吸蔵温度範囲の上限値Kmaxを上回っても、所定の最小温度Rmin以上であり、空燃比がリッチであれば、NOxを浄化する。また、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bは、所定の最小温度Rmin以上であり、空燃比がストイキであれば、三元触媒としても機能し、NOxに加え、HC、COを浄化する。ここで、最小温度Rminは、吸蔵温度範囲の下限値Kminを上回り、吸蔵温度範囲の上限値Kmax未満である。なお、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bは、最小温度Rmin以上であれば、NOxを還元したり、HC、CO、NOxを酸化還元したりすることができる。ただし、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bは、吸蔵温度範囲の上限値Kmaxを上回る、所定の最大温度Rmaxを超えると熱によって劣化してしまう。したがって、本実施形態において、ECU110は、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bが最大温度Rmax以下となるように制御する。以下、最小温度Rmin以上最大温度Rmax以下の範囲を劣化抑制範囲と称する。
On the other hand, the NOx storage reduction catalysts 230A and 230B purify NOx if the temperature is at least a predetermined minimum temperature Rmin and the air-fuel ratio is rich even if the upper limit value Kmax of the storage temperature range is exceeded. Further, if the NOx storage reduction catalysts 230A and 230B have a predetermined minimum temperature Rmin or more and the air-fuel ratio is stoichiometric, they also function as a three-way catalyst and purify HC and CO in addition to NOx. Here, the minimum temperature Rmin exceeds the lower limit value Kmin of the storage temperature range and is less than the upper limit value Kmax of the storage temperature range. The NOx
図1に戻って説明すると、切換部240は、下流側排気路220Aと下流側排気路220Bとの分岐箇所に設けられたバルブで構成される。切換部240は、後述する切換制御部320による制御に応じて、上流側排気路130を通過した排気ガスの流れを、下流側排気路220Aまたは下流側排気路220Bに切り換える。
Returning to FIG. 1, the
冷却部250は、切換制御部320による制御に応じて、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bを冷却する。冷却部250は、ポンプ252と、冷媒供給管254、256と、冷媒切換部258とを含んで構成される。ポンプ252は、冷媒(例えば、水または外気)を冷媒供給管254、256に供給する。冷媒供給管254は、一端がポンプ252に接続され、他端が、下流側排気路220AにおけるNOx吸蔵還元触媒230Aの上流側(切換部240とNOx吸蔵還元触媒230Aとの間)に接続された配管である。冷媒供給管256は、冷媒供給管254から分岐され、下流側排気路220BにおけるNOx吸蔵還元触媒230Bの上流側(切換部240とNOx吸蔵還元触媒230Bとの間)に接続された配管である。冷媒切換部258は、冷媒供給管254と冷媒供給管256との分岐箇所に設けられたバルブで構成される。冷媒切換部258は、ポンプ252が供給した冷媒の供給先を、冷媒供給管254または冷媒供給管256に切り換える。
The
空燃比制御部310は、エンジン120に噴射する燃料の量を調整することでエンジン120の空燃比を制御する。空燃比制御部310は、エンジン負荷(エンジン回転数)に応じて、空燃比を制御する。空燃比制御部310は、空燃比を、ストイキ、リーン、および、リッチのいずれかに設定する。なお、空燃比制御部310が、エンジン負荷に拘わらず、NOx吸蔵還元触媒230AまたはNOx吸蔵還元触媒230Bに吸蔵されたNOxを還元するために、短時間の間リッチに設定することを、リッチスパイクに設定するとし、エンジン負荷に応じてリッチに設定する場合と区別する。
The air-fuel
切換制御部320は、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bの温度、および、空燃比制御部310によって設定された空燃比に基づいて、切換部240、ポンプ252、冷媒切換部258を制御する。
The switching
図3は、空燃比制御部310による空燃比の設定および切換制御部320による切り換え条件を説明する図である。図3に示すように、空燃比制御部310は、エンジン負荷が第1閾値未満である場合、空燃比をリーンに設定する。切換制御部320は、リーンに設定されている際に、まず、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度を取得する。なお、排気ガス浄化装置200には、NOx吸蔵還元触媒230A、および、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度を測定する温度センサ(不図示)が設けられており、切換制御部320は、温度センサの測定値を取得する。
FIG. 3 is a diagram for explaining the setting of the air-fuel ratio by the air-fuel
そして、切換制御部320は、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度が、吸蔵温度範囲内であれば、切換部240を制御して、排気ガスの流れを下流側排気路220Aに導く。一方、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度が、吸蔵温度範囲の上限値Kmaxを上回る場合、切換制御部320は、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度を取得する。そして、切換制御部320は、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度が吸蔵温度範囲内であれば、切換部240を制御して、排気ガスの流れを下流側排気路220Bに導く。
Then, if the temperature of the NOx
このように、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度が吸蔵温度範囲内となる程度の低温の排気ガスが排気される場合、すなわち、エンジン負荷が第1閾値未満において相対的に低い場合には、排気ガスの流路を下流側排気路220Aとする。
As described above, when the exhaust gas having a low temperature such that the temperature of the NOx
一方、上記したように、NOx吸蔵還元触媒230Bは、NOx吸蔵還元触媒230Aよりもエンジン120からの距離が遠いため、到達する排気ガスの温度が相対的に低い。したがって、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度が、吸蔵温度範囲の上限値Kmaxを上回るような高温の排気ガスが排気される場合、すなわち、エンジン負荷が第1閾値未満において相対的に高い場合であっても、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度は、吸蔵温度範囲内に維持される場合がある。この場合、切換制御部320が、排気ガスの流路を下流側排気路220Bとすることで、リーン燃焼を実行しつつ、NOx吸蔵還元触媒230BにおいてNOxを吸蔵させることが可能となる。
On the other hand, as described above, since the NOx
したがって、NOx吸蔵還元触媒230Aのみしか備えない従来の排気ガス浄化装置と比較して、リーン燃焼を実行可能なエンジン負荷の範囲を拡大することができる。これにより、燃費を向上させることが可能となる。また、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度が吸蔵温度範囲の上限値Kmaxを上回るような高温の排気ガスを、NOx吸蔵還元触媒230Aに流してしまう事態を回避することができるため、NOx吸蔵還元触媒230Aの劣化を抑制することが可能となる。
Therefore, the range of engine load capable of performing lean combustion can be expanded as compared with the conventional exhaust gas purification device provided with only the NOx
また、エンジン負荷がさらに高くなり、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度が吸蔵温度範囲の上限値Kmaxを上回る場合、切換制御部320は、切換部240を制御して、排気ガスの流れを、下流側排気路220Aと、下流側排気路220Bとに交互に導く。切換制御部320は、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度が吸蔵温度範囲の上限値Kmaxになったら、排気ガスの流れを下流側排気路220Bに切り換え、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度が吸蔵温度範囲の上限値Kmaxになったら、排気ガスの流れを下流側排気路220Aに切り換える。
Further, when the engine load becomes higher and the temperature of the NOx
また、切換制御部320は、ポンプ252および冷媒切換部258を制御して、排気ガスが流入していない下流側排気路に冷媒を供給する。切換制御部320は、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bの温度を吸蔵温度範囲内(上限値Kmax以下)まで冷却する量の冷媒を供給させる。これにより、使用していないNOx吸蔵還元触媒230A、230Bを予め冷却しておくことで、次回使用する際に、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bの温度が吸蔵温度範囲の上限値Kmaxを上回ってしまう事態を回避することができる。したがって、NOx吸蔵還元触媒230A、230BにおいてNOxを吸蔵しつつ、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bの劣化を抑制することができる。
Further, the switching
なお、空燃比制御部310は、エンジン負荷が第1閾値未満であり、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bの温度が劣化抑制範囲内(詳細には、劣化抑制範囲の最小温度Rmin以上吸蔵温度範囲の上限値Kmax以下)である場合、所定間隔ごとにリッチスパイクに設定する。これにより、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bに吸蔵されたNOxを還元(浄化)することが可能となる。
In the air-fuel
そして、リーン燃焼では担いきれない程度にエンジン負荷が高くなり、第1閾値以上になると、空燃比制御部310は、空燃比をストイキに設定する。これにより、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bによって、排気ガスに含まれるHC、CO、NOxを浄化することができる。なお、この場合、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bの温度は、両方とも吸蔵温度範囲の上限値Kmaxを上回ると推測される。このため、切換制御部320は、切換部240を制御して、排気ガスの流れを、下流側排気路220Aと、下流側排気路220Bとに交互に導く。これにより、排気ガスの熱によるNOx吸蔵還元触媒230A、230Bの劣化を抑制することができる。
Then, when the engine load becomes too high to be carried by lean combustion and becomes equal to or higher than the first threshold value, the air-fuel
切換制御部320は、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度が劣化抑制範囲の最大温度Rmaxになったら、排気ガスの流れを下流側排気路220Bに切り換え、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度が劣化抑制範囲の最大温度Rmaxになったら、排気ガスの流れを下流側排気路220Aに切り換える。
When the temperature of the NOx
また、切換制御部320は、ポンプ252および冷媒切換部258を制御して、排気ガスが流入していない下流側排気路に冷媒を供給する。切換制御部320は、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bの温度を劣化抑制範囲内(最大温度Rmax以下)まで冷却する量の冷媒を供給させる。これにより、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bの劣化を抑制することができる。
Further, the switching
さらに、エンジン負荷が第1閾値より大きい第2閾値以上になると、空燃比制御部310は、空燃比をリッチに設定する。これにより、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bによって、排気ガスに含まれるNOxを浄化することができる。なお、この場合、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bの温度は、両方とも吸蔵温度範囲の上限値Kmaxを上回ると推測される。このため、切換制御部320は、切換部240を制御して、排気ガスの流れを、下流側排気路220Aと、下流側排気路220Bとに交互に導く。これにより、排気ガスの熱によるNOx吸蔵還元触媒230A、230Bの劣化を抑制することができる。
Further, when the engine load becomes equal to or higher than the second threshold value larger than the first threshold value, the air-fuel
切換制御部320は、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度が劣化抑制範囲の最大温度Rmaxになったら、排気ガスの流れを下流側排気路220Bに切り換え、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度が劣化抑制範囲の最大温度Rmaxになったら、排気ガスの流れを下流側排気路220Aに切り換える。
When the temperature of the NOx
また、切換制御部320は、ポンプ252および冷媒切換部258を制御して、排気ガスが流入していない下流側排気路に冷媒を供給する。切換制御部320は、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bの温度を劣化抑制範囲内(最大温度Rmax以下)まで冷却する量の冷媒を供給させる。これにより、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bの劣化を抑制することができる。
Further, the switching
(空燃比設定処理および切換処理)
続いて、空燃比制御部310による空燃比設定処理および切換制御部320による切換処理について説明する。図4は、第1実施形態の空燃比設定処理および切換処理の流れを説明するフローチャートである。空燃比設定処理および切換処理は、所定時間間隔の割込処理として実行される。
(Air-fuel ratio setting process and switching process)
Subsequently, the air-fuel ratio setting process by the air-fuel
(ステップS110)
空燃比制御部310は、エンジン負荷が第1閾値未満であるか否かを判定する。その結果、エンジン負荷が第1閾値未満であると判定した場合にはステップS112に処理を移し、第1閾値未満ではないと判定した場合にはステップS120に処理を移す。
(Step S110)
The air-fuel
(ステップS112)
空燃比制御部310は、エンジン120に噴射する燃料の量を調整し、エンジン120の空燃比をリーンに設定する。
(Step S112)
The air-fuel
(ステップS114)
切換制御部320は、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度が吸蔵温度範囲の上限値Kmax未満であるか否かを判定する。その結果、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度が吸蔵温度範囲の上限値Kmax未満であると判定した場合にはステップS116に処理を移し、吸蔵温度範囲の上限値Kmax未満ではないと判定した場合にはステップS118に処理を移す。
(Step S114)
The switching
(ステップS116)
切換制御部320は、切換部240を制御して、排気ガスの流れを下流側排気路220Aに切り換えて、当該処理を終了する。また、切換制御部320は、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度が吸蔵温度範囲の上限値Kmaxを上回っていれば、ポンプ252および冷媒切換部258を制御して、下流側排気路220Bに冷媒を供給する。
(Step S116)
The switching
(ステップS118)
切換制御部320は、切換部240を制御して、排気ガスの流れを下流側排気路220Bに切り換えて、当該処理を終了する。また、切換制御部320は、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度が吸蔵温度範囲の上限値Kmaxを上回っていれば、ポンプ252および冷媒切換部258を制御して、下流側排気路220Aに冷媒を供給する。
(Step S118)
The switching
(ステップS120)
空燃比制御部310は、エンジン負荷が第2閾値未満であるか否かを判定する。その結果、エンジン負荷が第2閾値未満であると判定した場合にはステップS122に処理を移し、第2閾値未満ではないと判定した場合にはステップS124に処理を移す。
(Step S120)
The air-fuel
(ステップS122)
空燃比制御部310は、エンジン120に噴射する燃料の量を調整し、エンジン120の空燃比をストイキに設定し、ステップS126に処理を移す。
(Step S122)
The air-fuel
(ステップS124)
空燃比制御部310は、エンジン120に噴射する燃料の量を調整し、エンジン120の空燃比をリッチに設定し、ステップS126に処理を移す。
(Step S124)
The air-fuel
(ステップS126)
切換制御部320は、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度が劣化抑制範囲の最大温度Rmax未満であるか否かを判定する。その結果、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度が劣化抑制範囲の最大温度Rmax未満であると判定した場合にはステップS128に処理を移し、劣化抑制範囲の最大温度Rmax未満ではないと判定した場合にはステップS130に処理を移す。
(Step S126)
The switching
(ステップS128)
切換制御部320は、切換部240を制御して、排気ガスの流れを下流側排気路220Aに切り換えて、当該処理を終了する。また、切換制御部320は、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度が劣化抑制範囲の最大温度Rmaxを上回っていれば、ポンプ252および冷媒切換部258を制御して、下流側排気路220Bに冷媒を供給する。
(Step S128)
The switching
(ステップS130)
切換制御部320は、切換部240を制御して、排気ガスの流れを下流側排気路220Bに切り換えて、当該処理を終了する。また、切換制御部320は、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度が劣化抑制範囲の最大温度Rmaxを上回っていれば、ポンプ252および冷媒切換部258を制御して、下流側排気路220Aに冷媒を供給する。
(Step S130)
The switching
以上説明したように、本実施形態の排気ガス浄化装置200は、NOx吸蔵還元触媒230Aのみしか備えない従来の排気ガス浄化装置と比較して、リーン燃焼を実行可能なエンジン負荷の範囲を拡大することができる。これにより、燃費を向上させることが可能となる。
As described above, the exhaust
(第2実施形態)
図5は、第2実施形態のエンジンシステム400の構成を示す概略図である。なお、図5中、信号の流れを破線の矢印で示す。また、上述したエンジンシステム100と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して重複説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a schematic view showing the configuration of the
図5に示すように、エンジンシステム400は、ECU410と、エンジン120と、上流側排気路130と、排気ガス浄化装置500とを含んで構成される。また、排気ガス浄化装置500は、三元触媒210と、下流側排気路220A、220Bと、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bと、冷却部250と、バイパス路510と、切換部540と、を含んで構成される。また、ECU410は、排気ガス浄化装置500を構成する空燃比制御部310、切換制御部420としても機能する。
As shown in FIG. 5, the
バイパス路510は、下流側排気路220Aおよび下流側排気路220Bの分岐箇所(NOx吸蔵還元触媒230Aの上流側)から分岐され、NOx吸蔵還元触媒230Aの下流側に再接続される配管である。つまり、バイパス路510は、NOx吸蔵還元触媒230Aを迂回する配管である。
The
切換部540は、下流側排気路220Aと、下流側排気路220Bと、バイパス路510との分岐箇所に設けられたバルブで構成される。切換部540は、切換制御部420による制御に応じて、上流側排気路130を通過した排気ガスの流れを、下流側排気路220A、下流側排気路220B、および、バイパス路510のいずれかに切り換える。
The
切換制御部420は、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bの温度、および、空燃比制御部310によって設定された空燃比に基づいて、切換部540を制御する。
The switching
具体的に説明すると、切換制御部420は、空燃比がリーンに設定されている場合には、上記第1実施形態の切換制御部320と同様の制御を行う。
Specifically, when the air-fuel ratio is set to lean, the switching
一方、切換制御部420は、エンジン負荷が第1閾値以上であり、空燃比制御部310によって、空燃比がストイキまたはリッチに設定された場合に、切換部540を制御して、排気ガスの流れを、下流側排気路220Aと、下流側排気路220Bとに交互に導く、もしくは、下流側排気路220Bとバイパス路510とに交互に導く。
On the other hand, the switching
切換制御部420は、三元触媒210の性能、および、排気ガスの温度に基づいて、下流側排気路220Aと、下流側排気路220Bとに交互に導くか、もしくは、下流側排気路220Bとバイパス路510とに交互に導くかを決定する。
The switching
切換制御部420が、下流側排気路220Aと、下流側排気路220Bとに交互に導く場合、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度が劣化抑制範囲の最大温度Rmaxになったら、排気ガスの流れを下流側排気路220Bに切り換え、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度が劣化抑制範囲の最大温度Rmaxになったら、排気ガスの流れを下流側排気路220Aに切り換える。
When the switching
切換制御部420が、下流側排気路220Bとバイパス路510とに交互に導く場合、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度が劣化抑制範囲の最大温度Rmaxになったら、排気ガスの流れをバイパス路510に切り換え、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度が劣化抑制範囲内まで冷却されたら、排気ガスの流れを下流側排気路220Bに切り換える。
When the switching
第2実施形態の排気ガス浄化装置500は、バイパス路510を備えることにより、NOx吸蔵還元触媒230A、230Bの劣化をより抑制することができる。
By providing the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such an embodiment. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modifications or modifications within the scope of the claims, and it is understood that these also naturally belong to the technical scope of the present invention. Will be done.
なお、上記第1実施形態において、ECU110が空燃比制御部310、切換制御部320として機能する構成を例に挙げて説明した。また、上記第2実施形態において、ECU410が空燃比制御部310、切換制御部420として機能する構成を例に挙げて説明した。しかし、空燃比制御部310、切換制御部320は、ECU110と別体で構成されてもよい。また、空燃比制御部310、切換制御部420は、ECU410と別体で構成されてもよい。
In the first embodiment, the configuration in which the
また、上記第1実施形態において、エンジンシステム100が、NOx吸蔵還元触媒230A、および、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度を測定する温度センサを備える構成を例に挙げて説明した。しかし、NOx吸蔵還元触媒230A、および、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度を測定する温度センサは必須ではない。NOx吸蔵還元触媒230A、および、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度を測定する温度センサを備えない場合、エンジン負荷と、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度と、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度とが対応付けられたマップを予め記憶しておき、切換制御部320は、マップを参照して温度を取得してもよい。また、排気マニホールドの集合部を通過する排気ガスの温度を測定する温度センサが設けられている場合、排気ガスの温度と、NOx吸蔵還元触媒230Aの温度と、NOx吸蔵還元触媒230Bの温度とが対応付けられたマップを予め記憶しておき、切換制御部320は、マップを参照して温度を取得してもよい。
Further, in the first embodiment, the configuration in which the
また、上記実施形態において、上流側排気路130に三元触媒210が設けられる構成を例に挙げて説明した。しかし、三元触媒210に換えて、NOx吸蔵還元触媒を上流側排気路130に備えてもよい。
Further, in the above embodiment, the configuration in which the three-
また、空燃比制御部310は、冷帯始動時等において、エンジン負荷が第1閾値未満である場合に空燃比をストイキに設定してもよい。この場合、切換制御部320、420は、排気ガスの流れを下流側排気路220A、下流側排気路220B、バイパス路510のいずれに切り換えてもよい。
Further, the air-fuel
また、上記実施形態において、下流側排気路を2つ備えた排気ガス浄化装置200、500を例に挙げて説明した。しかし、下流側排気路の数は複数あればよく、下流側排気路の数は、例えば3以上であってもよい。また、NOx吸蔵還元触媒は、複数の下流側排気路それぞれに設けられ、エンジン120からの距離が互いに異なればよい。
Further, in the above embodiment, the exhaust
本発明は、エンジンから排気された排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に利用できる。 The present invention can be used for an exhaust gas purifying device that purifies the exhaust gas exhausted from the engine.
200、500 排気ガス浄化装置
210 三元触媒
220A、220B 下流側排気路
230A、230B NOx吸蔵還元触媒
240、540 切換部
510 バイパス路
200, 500 Exhaust
Claims (4)
前記上流側排気路における前記三元触媒の下流から分岐された複数の下流側排気路と、
前記複数の下流側排気路それぞれに設けられ、前記エンジンからの距離が互いに異なる複数のNOx吸蔵還元触媒と、
前記NOx吸蔵還元触媒の温度、および、前記エンジンの空燃比に基づいて、前記排気ガスの流れを前記複数の下流側排気路のうちいずれか1の下流側排気路に切り換える切換部と、
を備え、
前記切換部は、
前記空燃比がリーンの場合であって、第1の前記NOx吸蔵還元触媒の温度が吸蔵温度範囲内である場合、前記第1のNOx吸蔵還元触媒が設けられた前記下流側排気路に排気ガスを通過させ、
前記空燃比がリーンの場合であって、前記第1のNOx吸蔵還元触媒の温度が前記吸蔵温度範囲の上限値を上回り、前記第1のNOx吸蔵還元触媒よりも前記エンジンからの距離が遠い第2の前記NOx吸蔵還元触媒の温度が吸蔵温度範囲内である場合、前記第2のNOx吸蔵還元触媒が設けられた前記下流側排気路に排気ガスを通過させる排気ガス浄化装置。 A three-way catalyst provided in the upstream exhaust path through which the exhaust gas exhausted from the engine passes,
A plurality of downstream exhaust passages branched from the downstream of the three-way catalyst in the upstream exhaust passage,
A plurality of NOx storage reduction catalysts provided in each of the plurality of downstream exhaust passages and having different distances from the engine,
A switching unit that switches the flow of the exhaust gas to the downstream exhaust passage of any one of the plurality of downstream exhaust passages based on the temperature of the NOx storage reduction catalyst and the air-fuel ratio of the engine .
Equipped with a,
The switching unit is
When the air-fuel ratio is lean and the temperature of the first NOx storage reduction catalyst is within the storage temperature range, the exhaust gas is exhaust gas in the downstream exhaust passage provided with the first NOx storage reduction catalyst. Let it pass,
When the air-fuel ratio is lean, the temperature of the first NOx storage reduction catalyst exceeds the upper limit of the storage temperature range, and the distance from the engine is farther than that of the first NOx storage reduction catalyst. If the temperature of the NOx storage-reduction catalyst 2 is within the storage temperature range, the second NOx storage reduction catalyst the exhaust gas purifying apparatus Ru passed through the exhaust gas to the downstream exhaust passage provided.
前記切換部は、前記排気ガスの流れを、前記複数の下流側排気路および前記バイパス路のうちいずれか1に切り換える請求項1から3のいずれか1項に記載の排気ガス浄化装置。 A bypass path is provided which is branched from the upstream side of the NOx storage reduction catalyst in the downstream exhaust passage and reconnected to the downstream side of the NOx storage reduction catalyst.
The exhaust gas purification device according to any one of claims 1 to 3, wherein the switching unit switches the flow of the exhaust gas to any one of the plurality of downstream exhaust passages and the bypass passage.
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