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JP7298364B2 - Exhaust gas purification device and exhaust gas purification method - Google Patents
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JP7298364B2 - Exhaust gas purification device and exhaust gas purification method - Google Patents

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Description

本発明は排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device and an exhaust gas purification method.

エンジンの排気ガスの浄化に関して、排気ガス中のHC(炭化水素)やCO等を酸化させる酸化触媒を化学蓄熱材によって昇温することが知られている。例えば、特許文献1には、水蒸気等と可逆的に発熱反応及び吸熱反応する化学蓄熱材と酸化触媒とを隣り合わせ、化学蓄熱材が排気ガス中の水蒸気等と反応して発熱することを利用して、酸化触媒を昇温させることが記載されている。同文献には、エンジン停止時にフューエルカットでエンジンを作動させることで排気管の排気を排出した後、触媒よりも下流側に設けたバルブを閉じることも記載されている。エンジン停止後に化学蓄熱材が水蒸気と反応して発熱することを防止するものである。 2. Description of the Related Art It is known to raise the temperature of an oxidation catalyst that oxidizes HC (hydrocarbons), CO, etc. in exhaust gas by using a chemical heat storage material to purify engine exhaust gas. For example, in Patent Document 1, a chemical heat storage material that undergoes reversible exothermic and endothermic reactions with water vapor or the like and an oxidation catalyst are placed next to each other, and the chemical heat storage material reacts with water vapor or the like in the exhaust gas to generate heat. is described to raise the temperature of the oxidation catalyst. The document also describes closing a valve provided on the downstream side of the catalyst after discharging the exhaust gas from the exhaust pipe by operating the engine with the fuel cut when the engine is stopped. This prevents the chemical heat storage material from reacting with water vapor and generating heat after the engine is stopped.

特開2011-252464号公報JP 2011-252464 A

ところで、酸化触媒とHCトラップ材を併用した排気ガス浄化システムが知られている。これは、排気ガス温度が低く酸化触媒が活性化していないときには排気ガス中のHCをトラップ材に吸着させ、排気ガス温度が上昇したら、活性化した酸化触媒によって排気ガス中のHCと共にトラップ材から放出されるHCを酸化浄化する。 By the way, an exhaust gas purification system using both an oxidation catalyst and an HC trap material is known. When the temperature of the exhaust gas is low and the oxidation catalyst is not activated, the HC in the exhaust gas is adsorbed by the trap material. Oxidatively purifies released HC.

しかし、HCトラップ材がその温度の上昇に伴ってHCを徐々に放出していくため、酸化触媒が活性化する前に多くのHCが未浄化のまま排出されてしまう結果となりやすい。つまり、HCトラップ材がHCを放出し始める温度と、酸化触媒が活性になる温度とが必ずしも一致しないという問題である。 However, since the HC trap material gradually releases HC as its temperature rises, a large amount of unpurified HC is likely to be discharged before the oxidation catalyst is activated. In other words, the problem is that the temperature at which the HC trap material begins to release HC does not necessarily match the temperature at which the oxidation catalyst becomes active.

そこで、本発明は、HCトラップ材から放出されるHCが未浄化のまま排出されることを抑制する。 Therefore, the present invention prevents the HC released from the HC trap material from being discharged in an unpurified state.

本発明は、上記課題を解決するために、酸素を吸蔵するときに発熱する自己発熱材を用いて、HCトラップ材がHCを放出し始める頃に酸化触媒の温度を急速に上昇させる。 In order to solve the above problems, the present invention uses a self-heating material that generates heat when absorbing oxygen, and rapidly raises the temperature of the oxidation catalyst when the HC trapping material begins to release HC.

ここに開示する排気ガス浄化装置は、HCを含有する排気ガスを浄化する装置であって、
上記排気ガスが流れる排気ガス通路に設けられ、上記HCをトラップするHCトラップ材と、
上記排気ガス通路に設けられ、上記HCトラップ材から放出されるHC及び上記排気ガスに含まれるHCを酸化するための酸化触媒と、
上記排気ガス通路に設けられ、上記酸化触媒を加熱するための、酸素を吸蔵するときに自己発熱する自己発熱材と、
上記HCトラップ材の温度に相関する温度が、該HCトラップ材がHCの放出を開始する前の所定温度以下であるときに、上記自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度を低くすることによって上記自己発熱材の自己発熱を抑制し、上記HCトラップ材の温度に相関する温度が上記所定温度を超えたときに上記酸素濃度を高くすることによって上記自己発熱を生じさせる自己発熱制御手段と、
上記排気ガスの浄化を終了するときに、上記酸素濃度を下げることによって上記自己発熱材から酸素を放出させて、該自己発熱材の自己発熱性を回復させる自己発熱材再生手段と、
上記自己発熱材の雰囲気を次の排気ガスの浄化開始まで酸素濃度が下がった状態に保つことによって上記自己発熱材の自己発熱性を維持する自己発熱性維持手段とを備え
上記自己発熱材再生手段は、上記自己発熱材の温度に相関する温度に基づいて該自己発熱材の酸素吸蔵量を求め、該酸素吸蔵量を所定値まで低下させるための上記自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度の低減度合及び低減時間を設定することを特徴とする。
An exhaust gas purification device disclosed herein is a device for purifying exhaust gas containing HC,
an HC trap material provided in an exhaust gas passage through which the exhaust gas flows to trap the HC;
an oxidation catalyst provided in the exhaust gas passage for oxidizing HC released from the HC trap material and HC contained in the exhaust gas;
a self-heating material that is provided in the exhaust gas passage and that heats itself when absorbing oxygen for heating the oxidation catalyst;
By reducing the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the self-heating material when the temperature correlated with the temperature of the HC trap material is equal to or lower than a predetermined temperature before the HC trap material starts releasing HC. self-heating control means for suppressing self-heating of the self-heating material and causing the self-heating by increasing the oxygen concentration when the temperature correlated with the temperature of the HC trapping material exceeds the predetermined temperature;
self-heating material regeneration means for releasing oxygen from the self-heating material by lowering the oxygen concentration to recover the self-heating property of the self-heating material when the purification of the exhaust gas is completed;
self-heating property maintaining means for maintaining the self-heating property of the self-heating material by maintaining the atmosphere of the self-heating material in a state where the oxygen concentration is lowered until the next exhaust gas purification is started ;
The self-heating material regeneration means obtains the oxygen storage amount of the self-heating material based on the temperature correlated with the temperature of the self-heating material, and flows into the self-heating material for reducing the oxygen storage amount to a predetermined value. It is characterized by setting the reduction degree and the reduction time of the oxygen concentration of the exhaust gas .

この排気ガス浄化装置では、HCトラップ材の温度に相関する温度が所定温度以下であるときは自己発熱材の自己発熱が抑制され、所定温度を超えたときに上記自己発熱を生じさせる。 In this exhaust gas purifier, the self-heating of the self-heating material is suppressed when the temperature correlated with the temperature of the HC trapping material is below a predetermined temperature, and self-heating occurs when the temperature exceeds the predetermined temperature.

従って、排気ガス温度が低いときに、自己発熱材の発熱によってHCトラップ材が加熱されることが避けられる。つまり、HCトラップ材からのHCの放出が早まることが避けられる。よって、酸化触媒の活性化前に未浄化のままHCが排出されることが防止される。そして、HCトラップ材がHCを放出し始める前に、自己発熱材の発熱によって、酸化触媒を短時間で昇温させることができる。この酸化触媒の昇温に伴う活性化によって、HCが未浄化のまま排出される量が少なくなる。 Therefore, when the temperature of the exhaust gas is low, the HC trap material is prevented from being heated by the heat generated by the self-heating material. That is, the premature release of HC from the HC trapping material can be avoided. Therefore, unpurified HC is prevented from being discharged before the oxidation catalyst is activated. Then, the temperature of the oxidation catalyst can be raised in a short time by the heat generated by the self-heating material before the HC trapping material starts releasing HC. The amount of unpurified HC discharged decreases due to the activation accompanying the temperature rise of the oxidation catalyst.

また、この排気ガス浄化装置によれば、排気ガスの浄化が終了するときに、自己発熱材から酸素を放出させてその自己発熱性を回復させ、この自己発熱性を次の排気ガスの浄化開始まで維持することができる。従って、自己発熱材を排気ガスの浄化に奏効するように繰り返し利用することができる。 In addition, according to this exhaust gas purifying device, when purification of the exhaust gas is completed, oxygen is released from the self-heating material to recover the self-heating property, and this self-heating property is used to start purification of the next exhaust gas. can be maintained up to Therefore, the self-heating material can be used repeatedly so as to effectively purify the exhaust gas.

また、ここに開示する排気ガス浄化装置は、HCを含有する排気ガスを浄化する装置であって、
上記排気ガスが流れる排気ガス通路に設けられ、上記HCをトラップするHCトラップ材と、
上記排気ガス通路に設けられ、上記HCトラップ材から放出されるHC及び上記排気ガスに含まれるHCを酸化するための酸化触媒と、
上記排気ガス通路に設けられ、上記酸化触媒を加熱するための、酸素を吸蔵するときに自己発熱する自己発熱材と、
上記HCトラップ材がHCのトラップを開始からの該HCトラップ材へのHC流入量を求める手段と、
上記HC流入量が所定値以下であるときに、上記自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度を低くすることによって上記自己発熱材の自己発熱を抑制し、上記HC流入量が所定値を超えたら上記酸素濃度を高くすることによって上記自己発熱を生じさせる自己発熱制御手段と、
上記排気ガスの浄化を終了するときに、上記酸素濃度を下げることによって上記自己発熱材から酸素を放出させて、該自己発熱材の自己発熱性を回復させる自己発熱材再生手段と、
上記自己発熱材の雰囲気を次の排気ガスの浄化開始まで酸素濃度が下がった状態に保つことによって上記自己発熱材の自己発熱性を維持する自己発熱性維持手段とを備えていることを特徴とする。
Further, the exhaust gas purification device disclosed herein is a device for purifying exhaust gas containing HC,
an HC trap material provided in an exhaust gas passage through which the exhaust gas flows to trap the HC;
an oxidation catalyst provided in the exhaust gas passage for oxidizing HC released from the HC trap material and HC contained in the exhaust gas;
a self-heating material that is provided in the exhaust gas passage and that heats itself when absorbing oxygen for heating the oxidation catalyst;
means for determining the amount of HC flowing into the HC trapping material from when the HC trapping material starts trapping HC;
When the HC inflow amount is less than or equal to a predetermined value, the self-heating of the self-heating material is suppressed by reducing the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the self-heating material, and the HC inflow amount exceeds a predetermined value. self-heating control means for causing the self-heating by increasing the oxygen concentration in the coke;
self-heating material regeneration means for releasing oxygen from the self-heating material by lowering the oxygen concentration to recover the self-heating property of the self-heating material when the purification of the exhaust gas is completed;
self-heating property maintaining means for maintaining the self-heating property of the self-heating material by keeping the atmosphere of the self-heating material in a state where the oxygen concentration is lowered until the next purification of the exhaust gas is started. do.

この排気ガス浄化装置は、HCトラップ材の温度ではなく、HCトラップ材へのHC流入量に基づいて、自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度を制御する点が、先に説明した排気ガス浄化装置とは異なる。この酸素濃度を変更制御する閾値である所定値は、例えば、HCトラップ材がHCを放出せずにトラップすることができる量よりも少ないHC量とすることができる。従って、HCトラップ材がHCを放出し始める頃に、酸化触媒を活性状態にすることが容易になり、HCが未浄化のまま排出されることを防止することができる。また、この排気ガス浄化装置によれば、排気ガスの浄化が終了するときに、自己発熱材から酸素を放出させてその自己発熱性を回復させ、この自己発熱性を次の排気ガスの浄化開始まで維持することができる。従って、自己発熱材を排気ガスの浄化に奏効するように繰り返し利用することができる。 This exhaust gas purifier controls the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the self-heating material based on the amount of HC flowing into the HC trap material, not the temperature of the HC trap material. It is different from a purifier. The predetermined value, which is the threshold for changing and controlling the oxygen concentration, can be, for example, an amount of HC that is smaller than the amount that the HC trapping material can trap without releasing HC. Therefore, by the time the HC trapping material begins to release HC, it becomes easier to activate the oxidation catalyst, and it is possible to prevent HC from being discharged in an unpurified state. In addition, according to this exhaust gas purifying device, when purification of the exhaust gas is completed, oxygen is released from the self-heating material to recover the self-heating property, and this self-heating property is used to start purification of the next exhaust gas. can be maintained up to Therefore, the self-heating material can be used repeatedly so as to effectively purify the exhaust gas.

一実施形態では、上記自己発熱材は、Biを含有するCeZr系複合酸化物である。Ceモル比は0.4以上であることが好ましく、Biモル比は0.2以下であることが好ましい。これにより、酸素吸蔵に伴う自己発熱量が大きくなるから、酸化触媒の急速加熱に有利になり、また、比較的低温(300℃以下)での酸素の放出が可能になるから自己発熱材の回復に有利になる。 In one embodiment, the self-heating material is a CeZr-based composite oxide containing Bi. The Ce molar ratio is preferably 0.4 or more, and the Bi molar ratio is preferably 0.2 or less. As a result, the amount of self-heating associated with oxygen storage increases, which is advantageous for rapid heating of the oxidation catalyst, and the release of oxygen at a relatively low temperature (300°C or less) enables recovery of the self-heating material. be advantageous to

一実施形態では、上記自己発熱性維持手段は、上記排気ガス通路に設けられ、該排気ガス通路への外気の侵入を阻止する開閉弁によって構成されている。開閉弁による排気ガス通路への外気の侵入阻止により、自己発熱材の雰囲気を酸素濃度が下がった状態に保つことができる。 In one embodiment, the self-heating property maintaining means is provided in the exhaust gas passage, and is configured by an on-off valve that prevents outside air from entering the exhaust gas passage. The atmosphere of the self-heating material can be kept in a state where the oxygen concentration is lowered by preventing outside air from entering the exhaust gas passage by the on-off valve.

一実施形態では、上記自己発熱材再生手段は、上記自己発熱材の温度に相関する温度に基づいて該自己発熱材の酸素吸蔵量を求め、該酸素吸蔵量を所定値まで低下させるための上記自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度の低減度合及び低減時間を設定する。これにより、自己発熱材の自己発熱性を確実に回復させる上で有利になる。 In one embodiment, the self-heating material regeneration means obtains the oxygen storage amount of the self-heating material based on the temperature correlated with the temperature of the self-heating material, and the above-described method for reducing the oxygen storage amount to a predetermined value. The reduction degree and reduction time of the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the self-heating material are set. This is advantageous in reliably recovering the self-heating property of the self-heating material.

本発明によれば、HCトラップ材の温度に相関する温度又はHCトラップ材へのHC流入量に基づいて、自己発熱性を有する自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度を制御することによって、自己発熱材の自己発熱の抑制及び自己発熱の発現を行ない、排気ガスの浄化を終了するときに、自己発熱材から酸素を放出させてその自己発熱性を回復させ、次の排気ガスの浄化開始までその自己発熱性を維持するから、HCトラップ材がHCを放出し始める頃に、酸化触媒を活性状態にすることが容易になり、HCが未浄化のまま排出されることを防止することができ、また、自己発熱材を排気ガスの浄化に奏効するように繰り返し利用することができる。 According to the present invention, by controlling the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the self-heating material having self-heating properties, based on the temperature correlated with the temperature of the HC trap material or the amount of HC flowing into the HC trap material, Self-heating of the self-heating material is suppressed and self-heating occurs, and when exhaust gas purification is completed, oxygen is released from the self-heating material to recover its self-heating property, and the next exhaust gas purification is started. Since the self-heating property is maintained until the HC trap material starts releasing HC, it becomes easy to activate the oxidation catalyst, and it is possible to prevent unpurified HC from being discharged. Also, the self-heating material can be used repeatedly to effectively purify the exhaust gas.

エンジンの排気ガス浄化装置の全体構成図。FIG. 1 is an overall configuration diagram of an engine exhaust gas purifier. 自己発熱材の自己発熱に関する制御フロー図。FIG. 4 is a control flow diagram regarding self-heating of a self-heating material. 自己発熱材のH-TPR試験結果を示すグラフ図。Graph diagram showing H 2 -TPR test results of a self-heating material. 自己発熱材の自己発熱による到達温度の経時変化を示すグラフ図。FIG. 4 is a graph showing changes over time in temperature reached by self-heating of a self-heating material. 自己発熱材のH-TPR試験結果を示すグラフ図。Graph diagram showing H 2 -TPR test results of a self-heating material. 自己発熱材の自己発熱による到達温度を示すグラフ図。FIG. 4 is a graph showing the temperature reached by self-heating of the self-heating material. 例1のTHC等の経時変化を示すグラフ図。2 is a graph showing changes over time in THC and the like in Example 1. FIG. 例2のTHC等の経時変化を示すグラフ図。FIG. 2 is a graph showing temporal changes in THC and the like in Example 2. FIG. 例3のTHC等の経時変化を示すグラフ図。FIG. 10 is a graph showing changes over time of THC and the like in Example 3. FIG. 例1-3のHC浄化率を示すグラフ図。Graph diagram showing the HC purification rate of Example 1-3. WLTPモードにおける車速の経時変化を示すグラフ図。FIG. 4 is a graph showing changes in vehicle speed over time in WLTP mode; WLTPモードのエンジン始動時の車速等の経時変化を示すグラフ図。FIG. 4 is a graph showing changes over time such as vehicle speed when the engine is started in the WLTP mode; WLTPモードのエンジン停止時の車速等の経時変化を示すグラフ図。FIG. 4 is a graph showing temporal changes in vehicle speed and the like when the engine is stopped in WLTP mode;

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated based on drawing. The following description of preferred embodiments is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention, its applications or uses.

<排気ガス浄化装置の概要>
図1に示すように、本実施形態の排気ガス浄化装置は、車両のエンジン1から排出される排気ガスを浄化する。エンジン1の排気ガス通路2には、各々排気ガス浄化装置を構成する、発熱体3、酸化触媒コンバータ4、パティキュレートフィルタ5、SCR(Selective Catalytic Reduction)触媒6、スリップ触媒7及び排気通路弁(開閉弁)8が排気ガス流れ方向の上流側から順に配置されている。排気ガス浄化装置は、発熱体3に流入する排気ガスの酸素濃度及び排気通路弁8を制御するマイクロコンピュータを利用したコントローラ9を備えている。エンジン1は、ディーゼルエンジン及びガソリンエンジンのいずれであってもよい。
<Overview of exhaust gas purifier>
As shown in FIG. 1, the exhaust gas purifier of this embodiment purifies exhaust gas discharged from an engine 1 of a vehicle. In the exhaust gas passage 2 of the engine 1, a heating element 3, an oxidation catalytic converter 4, a particulate filter 5, an SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst 6, a slip catalyst 7 and an exhaust passage valve ( On-off valves 8 are arranged in order from the upstream side in the exhaust gas flow direction. The exhaust gas purifier includes a controller 9 using a microcomputer for controlling the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the heating element 3 and the exhaust passage valve 8 . The engine 1 may be either a diesel engine or a gasoline engine.

発熱体3は、排気ガスの空燃比がリッチの状態で酸素を放出し、リーンの状態で酸素を吸蔵すると共に自己発熱する自己発熱材を備え、この自己発熱材はハニカム担体に担持されている。自己発熱材としては、CeZr系複合酸化物を好ましく採用することができ、特にCeZrBi複合酸化物を採用することが好ましい。CeZrBi複合酸化物は、自己発熱性向上の観点から、Ceモル比が0.3以上0.75以下であることが好ましく、Biモル比は0.1以上0.3以下であることが好ましい。CeZrBi複合酸化物には、触媒金属、例えば、Rhを担持することが好ましい。Rhの担持により、水蒸気改質反応又は水性ガスシフト反応を促進することができ、その反応で得られる水素が自己発熱材の低温還元(酸素を放出させて自己発熱性を回復)を容易にする。また、Rhの担持により、Rh近傍の酸素の活性化によって、低温時でも自己発熱材の酸素吸蔵放出性能が高くなり、自己発熱に有利になる。CeZrBi複合酸化物のRh担持量は0.01質量%以上20質量%以下であることが好ましい。 The heating element 3 includes a self-heating material that releases oxygen when the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich, absorbs oxygen when the air-fuel ratio is lean, and generates heat by itself. This self-heating material is supported on a honeycomb carrier. . As the self-heating material, a CeZr-based composite oxide can be preferably used, and it is particularly preferable to use a CeZrBi composite oxide. The CeZrBi composite oxide preferably has a Ce molar ratio of 0.3 or more and 0.75 or less, and a Bi molar ratio of 0.1 or more and 0.3 or less, from the viewpoint of improving self-heating property. The CeZrBi composite oxide preferably supports a catalytic metal such as Rh. Supporting Rh can promote the steam reforming reaction or the water gas shift reaction, and the hydrogen obtained from the reaction facilitates the low-temperature reduction of the self-heating material (releasing self-heating property by releasing oxygen). In addition, by supporting Rh, the oxygen in the vicinity of Rh is activated, so that the oxygen storage and release performance of the self-heating material increases even at low temperatures, which is advantageous for self-heating. The amount of Rh supported on the CeZrBi composite oxide is preferably 0.01% by mass or more and 20% by mass or less.

触媒コンバータ4は、排気ガス中のHCをトラップするHCトラップ材と、HCトラップ材から放出されるHC及び排気ガス中のHC、CO、NOを酸化するための酸化触媒とをハニカム担体に担持させてなる。HCトラップ材としては、ゼオライトを採用することが好ましく、特にβ-ゼオライトの採用が好ましい。酸化触媒としては、例えば、活性アルミナとOSC(Oxygen Storage capacity)材(酸素吸蔵放出材)との混合物にPt及び/又はPdを担持させた触媒を採用することが好ましい。OSC材としては、例えばZrなどの遷移金属や、Ndなどの希土類金属により耐熱性を向上させたCe含有酸化物を好ましく採用することができる。 In the catalytic converter 4, an HC trapping material that traps HC in the exhaust gas, and an oxidation catalyst for oxidizing the HC released from the HC trapping material and HC, CO, and NO in the exhaust gas are carried on the honeycomb support. It becomes Zeolite is preferably used as the HC trap material, and β-zeolite is particularly preferably used. As the oxidation catalyst, for example, it is preferable to employ a catalyst in which Pt and/or Pd is supported on a mixture of activated alumina and an OSC (Oxygen Storage Capacity) material (oxygen storage capacity material). As the OSC material, a transition metal such as Zr or a Ce-containing oxide whose heat resistance is improved by a rare earth metal such as Nd can be preferably used.

HCトラップ材と酸化触媒とは混合してハニカム担体に担持させることができる。また、HCトラップ材と酸化触媒とは、前者が下層となり、後者が上層となるように、或いは、前者が上層となり、後者が下層となるように、ハニカム担体に層状に担持することができる。或いは、HCトラップ材と酸化触媒とは、前者が上流側に位置し、後者がその下流側に位置するように、ハニカム担体にタンデムに担持することができる。 The HC trapping material and the oxidation catalyst can be mixed and supported on the honeycomb carrier. The HC trapping material and the oxidation catalyst can be supported on the honeycomb carrier in layers such that the former is the lower layer and the latter is the upper layer, or the former is the upper layer and the latter is the lower layer. Alternatively, the HC trapping material and the oxidation catalyst can be carried on the honeycomb carrier in tandem such that the former is positioned upstream and the latter is positioned downstream thereof.

自己発熱材についても、これを触媒コンバータ4と別体にすることなく、触媒コンバータ4のハニカム担体に担持することができる。例えば、自己発熱材が上流側に位置し、その下流側に酸化触媒が位置するように、両者をハニカム担体にタンデムに担持することができる。或いは、自己発熱材が下層となり、酸化触媒が上層となるように、両者をハニカム担体に層状に担持することができる。 The self-heating material can also be supported on the honeycomb carrier of the catalytic converter 4 without making it separate from the catalytic converter 4 . For example, both can be carried on the honeycomb carrier in tandem such that the self-heating material is located upstream and the oxidation catalyst is located downstream. Alternatively, both can be supported on the honeycomb carrier in layers such that the self-heating material is the lower layer and the oxidation catalyst is the upper layer.

パティキュレートフィルタ5は、排気ガス中に含まれるPM(粒子状物質;Particulate Matter)を捕集・除去する。このフィルタ5は、PMを捕集するフィルタ本体にPM燃焼触媒を担持させてなる。PM燃焼触媒は、フィルタ本体に捕集されたPMの燃焼を促進する。フィルタ本体は、下流端が閉塞された排気ガス流入通路と、上流端が閉塞された排気ガス流出通路が交互に並行に設けられたハニカム構造をなし、排気ガス流入通路に流入した排気ガスが通路隔壁の細孔を通って隣接する排気ガス流出通路に流出するウォールフロータイプである。フィルタ本体は、コージェライト、SiC、Si、サイアロン、AlTiOのような無機多孔質材料から形成される。PM燃焼触媒としては、活性アルミナにPtを担持させた触媒、Zr系複合酸化物とRhドープCe含有Zr系複合酸化物(RhがCe含有Zr系複合酸化物の結晶格子点又は格子点間にRhが配置された化合物)との混合物等を採用することができる。 The particulate filter 5 collects and removes PM (Particulate Matter) contained in the exhaust gas. This filter 5 is formed by carrying a PM combustion catalyst on a filter body that traps PM. The PM combustion catalyst promotes combustion of PM trapped in the filter body. The filter body has a honeycomb structure in which an exhaust gas inflow passage with a closed downstream end and an exhaust gas outflow passage with a closed upstream end are alternately provided in parallel. It is a wall-flow type that flows out into the adjacent exhaust gas outflow passage through the pores of the partition wall. The filter body is made of inorganic porous materials such as cordierite, SiC, Si3N4 , Sialon, AlTiO3 . The PM combustion catalyst includes a catalyst in which Pt is supported on activated alumina, a Zr-based composite oxide and a Rh-doped Ce-containing Zr-based composite oxide (Rh is a crystal lattice point or between lattice points of a Ce-containing Zr-based composite oxide. Rh-arranged compound), etc. can be employed.

SCR触媒6は、還元剤の存在下、排気ガス中のNOxを還元浄化する。例えば、還元剤となるNHの前駆体として尿素を採用した尿素-SCRを採用することが好ましい。尿素水タンク(図示省略)からSCR触媒6の上流側に供給される。SCR触媒6としては、NHをトラップするゼオライトに、NHを還元剤としてNOxを還元する触媒金属を担持させた触媒成分を採用することが好ましい。NOx還元用の触媒金属としては、Fe、Cu、Ti、V、W等が好ましい。 The SCR catalyst 6 reduces and purifies NOx in the exhaust gas in the presence of a reducing agent. For example, it is preferable to employ urea-SCR, which employs urea as a precursor of NH 3 as a reducing agent. The urea water is supplied to the upstream side of the SCR catalyst 6 from a urea water tank (not shown). As the SCR catalyst 6, it is preferable to employ a catalyst component in which a catalyst metal that reduces NOx using NH3 as a reducing agent is supported on zeolite that traps NH3 . As catalyst metals for NOx reduction, Fe, Cu, Ti, V, W and the like are preferable.

スリップ触媒7は、NOxと反応することなくSCR触媒6を通過する(スリップする)NH及びその誘導体をトラップして酸化(浄化)する、すなわち、NH等のスリップを防止する触媒である。スリップ触媒7としては、NHをトラップするゼオライトと、Ptを担持させたアルミナ材と、Ptを担持させたOSC材とをハニカム担体のセル壁に担持させた構成とすることが好ましい。 The slip catalyst 7 traps and oxidizes (purifies) NH 3 and its derivatives that pass (slip) through the SCR catalyst 6 without reacting with NOx, that is, it is a catalyst that prevents NH 3 and the like from slipping. The slip catalyst 7 preferably has a structure in which a zeolite that traps NH 3 , an alumina material supporting Pt, and an OSC material supporting Pt are supported on the cell walls of the honeycomb carrier.

排気通路弁8は、スリップ触媒7よりも下流側において、排気ガス通路2を開閉する。排気通路弁8は、排気ガス浄化時には開となり、排気ガスの浄化終了から次の排気ガス浄化の開始まで、排気ガス通路2にその下流側から外気が侵入することを阻止するべく閉となる。排気ガスの浄化終了時には、後述の自己発熱材再生手段によって自己発熱材の自己発熱性の回復(自己発熱材からの酸素の放出)が行なわれる。その後、排気通路弁8は、閉となって、排気ガス通路2への外気の侵入をすることにより、自己発熱材の自己発熱性を次の排気ガスの浄化開始まで維持するものであり、自己発熱性維持手段を構成している。 The exhaust passage valve 8 opens and closes the exhaust gas passage 2 downstream of the slip catalyst 7 . The exhaust passage valve 8 is opened during exhaust gas purification and closed to prevent outside air from entering the exhaust gas passage 2 from the downstream side from the end of exhaust gas purification to the start of the next exhaust gas purification. When the purification of the exhaust gas is finished, the self-heating property of the self-heating material is restored (oxygen is released from the self-heating material) by means for regenerating the self-heating material, which will be described later. After that, the exhaust passage valve 8 is closed, and the outside air is allowed to enter the exhaust gas passage 2, thereby maintaining the self-heating property of the self-heating material until the next purification of the exhaust gas is started. It constitutes exothermic maintenance means.

<コントローラについて>
本実施形態のコントローラ9は、エンジン1の空燃比A/Fを制御することによって自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度を制御する。その酸素濃度は触媒コンバータ4のHCトラップ材の温度に相関する温度(以下、単に「触媒温度」という。)に基づいて制御される。本実施形態では、触媒温度として、発熱体3に流入する排気ガスの温度が採用され、温度センサ11によって検出される。その温度センサ11は発熱体3よりも上流側の排気ガス通路2に設けられている。この温度センサ11は、自己発熱材の温度に相関する温度(以下、「自己発熱材相関温度」という。)を検出するセンサでもある。
<About the controller>
The controller 9 of this embodiment controls the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the self-heating material by controlling the air-fuel ratio A/F of the engine 1 . The oxygen concentration is controlled based on the temperature correlated with the temperature of the HC trap material of the catalytic converter 4 (hereinafter simply referred to as "catalyst temperature"). In this embodiment, the temperature of the exhaust gas flowing into the heating element 3 is used as the catalyst temperature and detected by the temperature sensor 11 . The temperature sensor 11 is provided in the exhaust gas passage 2 on the upstream side of the heating element 3 . The temperature sensor 11 is also a sensor that detects a temperature correlated with the temperature of the self-heating material (hereinafter referred to as "self-heating material correlated temperature").

-自己発熱制御-
β-ゼオライトを利用したHCトラップ材は、その温度が120℃前後になると、トラップしていたHCを放出し始める。一方、酸化触媒のHC浄化に関するライトオフ温度(浄化率が50%に達する温度)は一般に200℃前後である。従って、エンジン1を始動し、HCトラップ材が排気ガスの熱による温度上昇に伴ってHCを放出し始めても、酸化触媒がライトオフしていなければ、HCの浄化が進まないため、HCの多くが浄化されることなく排出されてしまう。
-Self-heating control-
The HC trap material using β-zeolite begins to release the trapped HC when its temperature reaches around 120°C. On the other hand, the light-off temperature (the temperature at which the purification rate reaches 50%) for HC purification of the oxidation catalyst is generally around 200.degree. Therefore, even if the engine 1 is started and the HC trap material begins to release HC as the temperature rises due to the heat of the exhaust gas, if the oxidation catalyst is not lighted off, the purification of HC will not progress. is discharged without purification.

そこで、本実施形態では、HCトラップ材が実質的にHCの放出を開始するようになる前の温度を上記酸素濃度を変更制御する温度閾値(所定温度)として、A/F制御により、自己発熱材を酸素の吸蔵によって発熱させ、酸化触媒の温度を急速上昇させるようにしている。 Therefore, in the present embodiment, the temperature before the HC trap material substantially starts releasing HC is set as the temperature threshold (predetermined temperature) for changing and controlling the oxygen concentration, and self-heating is performed by A/F control. The material is made to generate heat by absorbing oxygen, and the temperature of the oxidation catalyst rises rapidly.

すなわち、コントローラ9は、エンジンの運転状態に応じてA/Fを制御する一方、温度センサ11によって検出される触媒温度が第1温度T1以下であるときは、自己発熱性を有する自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度が1質量%未満となるように、A/Fをリッチ側に補正する。この場合、自己発熱材は、排気ガスの酸素濃度が低いために、酸素を実質的に吸蔵することがなく、よって、その自己発熱が抑制される。すなわち、自己発熱性が維持される。 Specifically, the controller 9 controls the A/F according to the operating state of the engine. The A/F is corrected to the rich side so that the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is less than 1% by mass. In this case, since the oxygen concentration of the exhaust gas is low, the self-heating material does not substantially occlude oxygen, thereby suppressing the self-heating. That is, self-heating property is maintained.

そうして、触媒温度が第2温度T2(所定温度)を超えると、自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度が10質量%となるように、A/Fをリーン側に所定時間(例えば、数秒間)補正する。このA/Fのリーン側への補正によって、自己発熱材に酸素が供給される。その結果、自己発熱材は酸素を吸蔵して発熱し、その熱によって酸化触媒は温度が急速上昇して、HCトラップ材から放出されるHCを酸化浄化することができる状態になる(触媒の活性化)。 Then, when the catalyst temperature exceeds the second temperature T2 (predetermined temperature), the A/F is set to the lean side for a predetermined time (for example, , for a few seconds). Oxygen is supplied to the self-heating material by this A/F correction to the lean side. As a result, the self-heating material absorbs oxygen and generates heat, and the temperature of the oxidation catalyst rapidly rises due to the heat, and the HC released from the HC trap material can be oxidized and purified (catalyst activity transformation).

ここに、第1温度T1は、エンジン1が冷間始動されたときのように、自己発熱材を酸化触媒の急速昇温に利用するために、自己発熱材の自己発熱性を酸化触媒が第2温度Tになるまで維持すべきか、すなわち、A/Fをリッチ側に補正すべきか否かを判定するための温度閾値である。従って、T1<T2である。 Here, the first temperature T1 is set so that the self-heating property of the self-heating material is used to quickly raise the temperature of the oxidation catalyst as when the engine 1 is cold-started. It is a temperature threshold for determining whether or not to maintain until reaching 2 temperature T, that is, whether or not to correct the A/F to the rich side. Therefore, T1<T2.

なお、A/Fのリーン側への補正は、上記の時間制御で終了させるのではなく、酸化触媒の温度が上記ライトオフ温度を超えた時点で終了するようにしてもよい。 The correction to the lean side of the A/F may be terminated when the temperature of the oxidation catalyst exceeds the light-off temperature instead of being terminated by the above time control.

上述のコントローラ9による上述のA/F制御は、触媒温度が第2温度T2以下であるときに自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度を低くすることによって自己発熱材の自己発熱を抑制し、触媒温度が第2温度T2を超えたときに上記酸素濃度を高くすることによって上記自己発熱を生じさせる自己発熱制御手段を構成している。 The above-described A/F control by the above-described controller 9 suppresses the self-heating of the self-heating material by reducing the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the self-heating material when the catalyst temperature is equal to or lower than the second temperature T2. , self-heating control means for causing the self-heating by increasing the oxygen concentration when the catalyst temperature exceeds the second temperature T2.

ここに、上記A/Fは、触媒温度に代えて、自己発熱材が自己発熱性を有する状態において、HCトラップ材がHCのトラップを開始してからの、該HCトラップ材へのHC流入量に基づいて制御することもできる。 Here, instead of the catalyst temperature, the A/F is the amount of HC flowing into the HC trapping material after the HC trapping material starts trapping HC in a state where the self-heating material has self-heating properties. can also be controlled based on

その場合、コントローラ9は、上記HC流入量が所定値以下であるときに、自己発熱性を有する自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度が1質量%未満となるように、A/Fのリッチ側への補正を行なう。従って、自己発熱材は、排気ガスの酸素濃度が低いために、酸素を実質的に吸蔵することがなく、よって、その自己発熱が抑制される。すなわち、自己発熱性が維持される。 In that case, the controller 9 adjusts the A/F so that the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the self-heating material having self-heating properties is less than 1% by mass when the HC inflow amount is equal to or less than a predetermined value. Correction to the rich side is performed. Therefore, since the oxygen concentration of the exhaust gas is low, the self-heating material does not substantially occlude oxygen, thereby suppressing the self-heating. That is, self-heating property is maintained.

そうして、上記HC流入量が当該所定値を超えると、自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度が10質量%となるように、A/Fをリーン側に所定時間(例えば、数秒間)補正する。このA/Fのリーン側への補正によって、自己発熱材に酸素が供給される。その結果、自己発熱材は酸素を吸蔵して発熱し、その熱によって酸化触媒は温度が急速上昇して、HCトラップ材から放出されるHCを酸化浄化することができる状態になる(触媒の活性化)。 Then, when the HC inflow amount exceeds the predetermined value, the A/F is set to the lean side for a predetermined time (for example, several seconds )to correct. Oxygen is supplied to the self-heating material by this A/F correction to the lean side. As a result, the self-heating material absorbs oxygen and generates heat, and the temperature of the oxidation catalyst rapidly rises due to the heat, and the HC released from the HC trap material can be oxidized and purified (catalyst activity transformation).

上記HC流入量は、エンジン1の運転開始から運転履歴に基づいて検出することができる。上記HC流入量に係る上記所定値は、HCトラップ材がHCを放出せずにトラップし得る量よりも少ないHC量とすることができる。HCトラップ材のHCトラップ量は、HCトラップ材の温度に依存する。そこで、触媒温度からHCトラップ材がトラップし得るHC量を求め、そのHC量よりも所定量少ないHC量を上記HC流入量に係る所定値とすればよい。 The HC inflow amount can be detected based on the operation history from the start of operation of the engine 1 . The predetermined value for the inflow amount of HC may be an amount of HC that is smaller than the amount that the HC trapping material can trap without releasing HC. The HC trap amount of the HC trap material depends on the temperature of the HC trap material. Therefore, the amount of HC that can be trapped by the HC trapping material is obtained from the catalyst temperature, and the amount of HC that is a predetermined amount smaller than the calculated amount of HC is used as the predetermined value for the inflow amount of HC.

-自己発熱材の再生-
ところで、自己発熱材を発熱させるためには、自己発熱材が還元状態(酸素を吸蔵し得る状態)であることが必要になる。しかし、自己発熱材は、自己発熱後は酸素を吸蔵した状態にある。従って、そのままでは、自己発熱材は、酸素の吸蔵による自己発熱を行なうことができない。そこで、本実施形態では、排気ガスの浄化を終了するときに、次のエンジン1の運転時の排気ガスの浄化のために、自己発熱材の自己発熱性を回復させる再生を行なう。
-Recycling of self-heating materials-
By the way, in order for the self-heating material to generate heat, the self-heating material must be in a reduced state (a state in which oxygen can be occluded). However, the self-heating material is in a state of absorbing oxygen after self-heating. Therefore, as it is, the self-heating material cannot generate heat by occluding oxygen. Therefore, in this embodiment, when the purification of the exhaust gas is completed, regeneration is performed to recover the self-heating property of the self-heating material in order to purify the exhaust gas during the next operation of the engine 1 .

すなわち、コントローラ9は、車速センサ12で得られる車速(車両の現状速度)とその減速度に基づいて、エンジン1の停止、及び停止までの時間を予測する。すなわち、車速が所定値以下で且つ減速度が所定値以上であるときに、エンジン1が停止すると予測し、その車速と減速度に基づいてエンジン停止までの時間を予測する。ここに、自己発熱材の自己発熱性は、自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度を所定値以下にして、自己発熱材から酸素を放出させることによって回復させる。一方、自己発熱材からの酸素の放出は自己発熱材が所定温度以上であるときに可能となる。 That is, the controller 9 predicts the stop of the engine 1 and the time to stop based on the vehicle speed (current vehicle speed) obtained by the vehicle speed sensor 12 and its deceleration. That is, when the vehicle speed is equal to or less than a predetermined value and the deceleration is equal to or greater than a predetermined value, it is predicted that the engine 1 will stop, and the time until the engine stops is predicted based on the vehicle speed and deceleration. Here, the self-heating property of the self-heating material is recovered by releasing oxygen from the self-heating material by reducing the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the self-heating material to a predetermined value or less. On the other hand, the release of oxygen from the self-heating material becomes possible when the temperature of the self-heating material is higher than the predetermined temperature.

そこで、コントローラ9は、エンジン1の停止を予測したときは、自己発熱材相関温度と排気ガス流量に基づいて、自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度を所定値以下にしたときの、自己発熱材の自己発熱性を回復させるために必要な時間を推定する。 Therefore, when the controller 9 predicts that the engine 1 will stop, the self Estimate the time required to restore the self-heating properties of the exothermic material.

具体的には、自己発熱材の酸素吸蔵量は温度に依存するから、自己発熱材相関温度を温度センサ11によって検出し、その温度に基づいて自己発熱材の酸素吸蔵量を推定する。そして、この酸素吸蔵量と排気ガス流量に基づいて、自己発熱材の酸素吸蔵量を所定値まで低下させる(自己発熱性を回復させる)ために必要な、自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度の低減度合と低減時間を設定する。つまり、自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度を所定値以下にしたときの、自己発熱材の自己発熱性を回復させるために必要な時間を設定する。排気ガス流量は、エンジン1の燃料噴射量等に基づいて推定することができるが、流量センサを設けて実測することもできる。 Specifically, since the oxygen storage amount of the self-heating material depends on the temperature, the self-heating material correlation temperature is detected by the temperature sensor 11, and the oxygen storage amount of the self-heating material is estimated based on the detected temperature. Then, based on the oxygen storage amount and the exhaust gas flow rate, the amount of oxygen in the exhaust gas flowing into the self-heating material necessary for reducing the oxygen storage amount of the self-heating material to a predetermined value (recovering the self-heating property) is calculated. Set the density reduction degree and reduction time. That is, the time required for recovering the self-heating property of the self-heating material when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the self-heating material is set to a predetermined value or less is set. The exhaust gas flow rate can be estimated based on the fuel injection amount of the engine 1 or the like, but can also be measured by providing a flow rate sensor.

コントローラ9は、エンジン1の停止までの時間が自己発熱性の回復に必要な時間以上であり、且つ自己発熱材の温度が所定温度以上であるときに、A/Fをリッチ側に補正して、自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度を1質量%未満にする。そうして、エンジン1の停止と同時に、排気通路弁8を次のエンジン運転開始まで閉とする。この排気通路弁8の閉止により、自己発熱材は、外気に晒されることが避けられるため、自己発熱性が維持される。 The controller 9 corrects the A/F to the rich side when the time until the engine 1 stops is longer than the time required to recover the self-heating property and the temperature of the self-heating material is higher than a predetermined temperature. 2. The oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the self-heating material is set to less than 1% by mass. Then, simultaneously with stopping the engine 1, the exhaust passage valve 8 is closed until the next engine operation starts. By closing the exhaust passage valve 8, the self-heating material is prevented from being exposed to the outside air, so that the self-heating property is maintained.

コントローラ9によるエンジン停止時の上記A/F制御が、排気ガスの浄化を終了するときに、自己発熱材に流入する酸素濃度を下げることによって自己発熱材の自己発熱性を回復させる自己発熱材再生手段を構成している。上記排気通路弁8及びコントローラ9による排気通路弁8の閉止制御が、自己発熱材の雰囲気を次の排気ガスの浄化開始まで酸素濃度が下がった状態に保つことによって自己発熱材の自己発熱性を維持する自己発熱性維持手段を構成している。 Self-heating material regeneration that restores the self-heating property of the self-heating material by lowering the concentration of oxygen flowing into the self-heating material when the A/F control by the controller 9 when the engine is stopped completes purification of the exhaust gas. constitute the means. The closing control of the exhaust passage valve 8 by the exhaust passage valve 8 and the controller 9 keeps the atmosphere of the self-heating material in a state where the oxygen concentration is lowered until the next purification of the exhaust gas is started, thereby suppressing the self-heating property of the self-heating material. It constitutes a self-heating property maintaining means for maintaining.

<コントローラ9による制御の流れ>
図2に示すように、スタート後のステップS1においてエンジン運転中か否かが判断され、エンジン運転中であれば、ステップS2に進んで排気通路弁8が開とされ、エンジン運転状態に応じたA/F制御が行なわれる(ステップS3)。続くステップS4において、触媒温度が第1温度T1以下であるか判断され、第1温度以下であれば、A/Fがリッチ側に補正される(ステップS5)。これにより、自己発熱材への酸素の吸蔵が抑えられ、従って、自己発熱材は自己発熱性を維持することになる。
<Flow of Control by Controller 9>
As shown in FIG. 2, in step S1 after the start, it is determined whether or not the engine is operating. A/F control is performed (step S3). In subsequent step S4, it is determined whether the catalyst temperature is equal to or lower than the first temperature T1, and if it is equal to or lower than the first temperature, the A/F is corrected to the rich side (step S5). Oxygen storage in the self-heating material is thereby suppressed, so that the self-heating material maintains its self-heating properties.

続くステップS6において、触媒温度が第2温度T2を超えたか否かが判断され、超えていれば、A/Fがリーン側に補正される(ステップS7)。これにより、自己発熱材は酸素の吸蔵を開始して自己発熱する。その結果、酸化触媒の温度が急速に上昇し、HCトラップ材から放出されるHC、排気ガス中のHC、CO及びNOを酸化浄化することができるようになる。 In subsequent step S6, it is determined whether or not the catalyst temperature has exceeded the second temperature T2, and if so, the A/F is corrected to the lean side (step S7). As a result, the self-heating material starts absorbing oxygen and heats itself. As a result, the temperature of the oxidation catalyst rises rapidly, and HC released from the HC trapping material and HC, CO and NO in the exhaust gas can be oxidized and purified.

ここに、ステップS4において、触媒温度が第1温度T1以下ではないと判断されたときは、ステップ6に進まず、ステップ8に進む。すなわち、A/Fがリッチ側に補正されて自己発熱材が自己発熱性を維持しているときのみ、触媒温度が第2温度T2を超えたときにA/Fのリーン補正がなされる。 Here, when it is determined in step S4 that the catalyst temperature is not equal to or lower than the first temperature T1, the process proceeds to step 8 instead of step 6. That is, only when the A/F is corrected to the rich side and the self-heating material maintains the self-heating property, the A/F is lean-corrected when the catalyst temperature exceeds the second temperature T2.

ステップ8では、車速とその減速度に基づいて、エンジン停止が予測されるか否か判断される。エンジンの停止が予測されるときは、自己発熱材は酸素の放出が可能(所定温度以上)であり、エンジン停止までに酸素の放出に必要な時間があるときに、A/Fがリッチ側に補正される(ステップS9~S11)。すなわち、エンジンの停止が予測されても、自己発熱材の温度が低く酸素を放出できないとき、或いは酸素放出に必要な時間を確保できないときは、A/Fのリッチ側への補正は行なわれない。燃費悪化を避けるためである。 In step 8, it is determined whether engine stop is predicted based on the vehicle speed and its deceleration. When the engine is expected to stop, the self-heating material is capable of releasing oxygen (at a predetermined temperature or higher), and the A/F shifts to the rich side when there is time to release oxygen before the engine stops. Corrected (steps S9 to S11). That is, even if the engine is predicted to stop, if the temperature of the self-heating material is too low to release oxygen, or if the time required for oxygen release cannot be secured, the A/F is not corrected to the rich side. . This is to avoid deterioration of fuel efficiency.

ステップS11でのA/Fのリッチ側への補正により、自己発熱材から酸素が放出され、自己発熱材の自己発熱性が回復する。続くステップS12でエンジンの停止が判断されると、排気通路弁8が閉となり、自己発熱材の自己発熱性が維持される。 By correcting the A/F to the rich side in step S11, oxygen is released from the self-heating material, and the self-heating property of the self-heating material is recovered. When it is determined in the subsequent step S12 that the engine is stopped, the exhaust passage valve 8 is closed, and the self-heating property of the self-heating material is maintained.

<自己発熱材について>
自己発熱材として、Ce、Zr及びBiのモル比が異なる複数のRh担持CeZrBi複合酸化物を準備し、さらに、Biを含有しないRh担持CeZr複合酸化物を準備して、各々のTPR(昇温反応法)による低温還元性及び発熱量の評価を行なった。
<About self-heating material>
As self-heating materials, a plurality of Rh-supporting CeZrBi composite oxides with different molar ratios of Ce, Zr, and Bi were prepared, and further, a Bi-free Rh-supporting CeZr composite oxide was prepared, and each TPR (temperature rise The low-temperature reducing property and calorific value were evaluated by the reaction method).

図3はCe/Zrモル比が還元剤としてのH消費量に及ぼす影響をみたものである。同図によれば、Rh担持CeZrBi複合酸化物は、Ce/Zrモル比が1以上であるときに、400℃以下で還元可能(酸素放出可能)であることがわかる。 FIG. 3 shows the effect of the Ce/Zr molar ratio on the consumption of H2 as a reducing agent. The figure shows that the Rh-supporting CeZrBi composite oxide can be reduced (capable of releasing oxygen) at 400° C. or less when the Ce/Zr molar ratio is 1 or more.

図4はCe/Zrモル比が発熱量に及ぼす影響をみたものである。同図によれば、Rh担持CeZrBi複合酸化物は、Ce/Zrモル比が4以上であるときに、発熱量が大きいことがわかる。 FIG. 4 shows the influence of the Ce/Zr molar ratio on the calorific value. The figure shows that the Rh-supporting CeZrBi composite oxide generates a large amount of heat when the Ce/Zr molar ratio is 4 or more.

図5はBiのモル比がH消費量に及ぼす影響をみたものである。同図によれば、Rh担持CeZrBi複合酸化物は、Biモル比が0.2以下であるときに、400℃以下で還元可能(酸素放出可能)であることがわかる。 FIG. 5 shows the effect of Bi molar ratio on H2 consumption. The figure shows that the Rh-supporting CeZrBi composite oxide can be reduced (capable of releasing oxygen) at 400° C. or lower when the Bi molar ratio is 0.2 or lower.

図6はBiのモル比が発熱量に及ぼす影響をみたものである。同図によれば、Rh担持CeZrBi複合酸化物は、Biモル比が0.2以下であるときに、発熱量が大きいことがわかる。 FIG. 6 shows the effect of the molar ratio of Bi on the calorific value. The figure shows that the Rh-supporting CeZrBi composite oxide generates a large amount of heat when the Bi molar ratio is 0.2 or less.

図3~図6から、自己発熱材としては、発熱性及び低温還元性の観点から、Ceモル比が0.3以上0.75以下であり、Biモル比が0.1以上0.3以下であるRh担持CeZrBi複合酸化物を採用することが好ましく、Ceモル比は0.4以上0.75以下とすること、Biモル比は0.1以上0.2以下とすることがさらに好ましいということができる。 From FIGS. 3 to 6, the self-heating material has a Ce molar ratio of 0.3 or more and 0.75 or less and a Bi molar ratio of 0.1 or more and 0.3 or less from the viewpoint of heat generation and low temperature reduction. It is preferable to adopt a Rh-supported CeZrBi composite oxide, and it is more preferable that the Ce molar ratio is 0.4 or more and 0.75 or less, and the Bi molar ratio is 0.1 or more and 0.2 or less. be able to.

<リグテスト>
HCトラップ材及び酸化触媒を組み合わせた供試材(自己発熱材なし供試材)と、自己発熱材、HCトラップ材及び酸化触媒を組み合わせた供試材(自己発熱材あり供試材)を準備した。自己発熱材としては、Rh担持Ce0.64Zr0.16Bi0.20を用いた。各供試材を模擬排気ガス流通反応装置にセットし、1000ppmCのHCを含有する模擬排気ガスを、ガス温度100℃で120秒流通させ、しかる後、そのガス温度を30℃/分の速度で上昇させたときの、供試材を流出する排気ガスの温度(出ガス温度)及びトータルのHC濃度(THC)を測定した。
<Rig test>
Prepare test material combining HC trap material and oxidation catalyst (test material without self-heating material) and test material combining self-heating material, HC trap material and oxidation catalyst (test material with self-heating material) bottom. Rh-supported Ce 0.64 Zr 0.16 Bi 0.20 O 2 was used as the self-heating material. Each test material was set in a simulated exhaust gas circulation reactor, and a simulated exhaust gas containing HC of 1000 ppm was passed at a gas temperature of 100°C for 120 seconds, and then the gas temperature was increased at a rate of 30°C/min. The temperature of the exhaust gas flowing out of the test material (exhaust gas temperature) and the total HC concentration (THC) were measured when the test material was raised.

図7は、自己発熱材なし供試材において、模擬排気ガスのO濃度をテスト当初から終了まで10質量%としたケース(例1)の結果を示す。模擬排気ガスの流通を開始した初期はTHCが流入HC濃度よりも低いから、HCがHCトラップ材にトラップされていることがわかる。暫くすると、THCが漸次大きくなっていき、テスト開始から250秒経過時点で流入HC濃度よりも大きくなり、350秒経過時点でTHCがピークになっている。その後、THCが低下しているが、これは、酸化触媒が活性になってHCが浄化されていることを示している。 FIG. 7 shows the results of a case (example 1) in which the O 2 concentration of the simulated exhaust gas was set to 10% by mass from the beginning to the end of the test in the test material without the self-heating material. Since the THC concentration is lower than the inflowing HC concentration at the beginning of the flow of the simulated exhaust gas, it can be seen that the HC is trapped in the HC trapping material. After a while, the THC gradually increased, became higher than the inflowing HC concentration at 250 seconds after the start of the test, and peaked at 350 seconds. After that, THC decreased, which indicates that the oxidation catalyst was activated and HC was purified.

図8は自己発熱材あり供試材において、模擬排気ガスのO濃度をテスト当初から終了まで10質量%としたケース(例2)の結果を示す。このケースでは、自己発熱材の自己発熱により、テスト開始直後に出ガス温度が立ち上っている。THCがテスト開始直後に立ち上がっているのは、HCトラップ材が自己発熱材の自己発熱によって加熱されたことによると認められる。また、自己発熱材なし供試材のケース(例1)に比べて、THCのピークが低くなっているのは、酸化触媒の活性化が早まった結果と認められる。 FIG. 8 shows the results of a case (example 2) in which the O 2 concentration of the simulated exhaust gas was set to 10% by mass from the beginning to the end of the test in the test material with the self-heating material. In this case, due to the self-heating of the self-heating material, the exit gas temperature rises immediately after the start of the test. The fact that THC rises immediately after the start of the test is recognized to be due to the fact that the HC trap material was heated by the self-heating of the self-heating material. In addition, the fact that the THC peak is lower than in the case of the test material without the self-heating material (Example 1) is recognized as a result of earlier activation of the oxidation catalyst.

図9は、自己発熱材あり供試材において、模擬排気ガスのO濃度をテスト開始から120秒間は0質量%とし、その後、当該O濃度を10質量%にしたケース(例3)の結果を示す。図8の例2は、自己発熱材ありにおいて、模擬排気ガスのO濃度をテスト当初から10質量%としたリーンスタートのケースであるが、図9の例3は、自己発熱材ありにおいて、模擬排気ガスのO濃度をテスト当初は0質量%としたリッチスタートのケースである。 FIG. 9 shows a case (Example 3) in which the O concentration of the simulated exhaust gas was set to 0% by mass for 120 seconds from the start of the test, and then the O concentration was set to 10% by mass in the test material with the self-heating material. Show the results. Example 2 in FIG. 8 is a lean start case in which the O 2 concentration of the simulated exhaust gas is set to 10% by mass from the beginning of the test with the self-heating material, while Example 3 in FIG. This is a rich start case in which the O 2 concentration of the simulated exhaust gas was set to 0% by mass at the beginning of the test.

図9のリッチスタートのケース(例3)では、O濃度を0質量%から10質量%に切り換えた時点で出ガス温度が立ち上り、THCも同時に一瞬立ち上がっている。これは、自己発熱材の自己発熱の影響であると認められる。その後、THCが上昇しているが、そのピーク高さは図8のリーンスタートのケース(例2)よりも格段に低い。これは、上記O濃度の切り換え直後から、自己発熱材の自己発熱によって酸化触媒が急速に加熱され、速やかに活性温度に達したことによると認められる。すなわち、HCトラップ材から放出されるHCが酸化触媒によって効率良く浄化された結果である。 In the case of rich start (example 3) in FIG. 9, when the O 2 concentration is switched from 0% by mass to 10% by mass, the outlet gas temperature rises, and THC also rises momentarily at the same time. It is recognized that this is due to the self-heating effect of the self-heating material. After that, THC rises, but the peak height is much lower than the lean start case (example 2) in FIG. It is recognized that this is because the oxidation catalyst was rapidly heated by the self-heating of the self-heating material immediately after the O 2 concentration was switched, and quickly reached the activation temperature. That is, this is the result of efficient purification of HC released from the HC trapping material by the oxidation catalyst.

図10に例1~例3の低温域(100℃~300℃)の平均HC浄化率を示すように、例2(自己発熱材ありでリーンスタート)では、自己発熱材なし(例1)に比べてHC浄化率が高くなっているが、例3(自己発熱材ありでリッチスタート)では、リーンスタートの例2よりも、HC浄化率がさらに高くなっている。これから、自己発熱材の自己発熱性をリッチスタートによって暫く維持し、その後に排気ガスの空熱比をリ-ンに切り換えることが、HC浄化率の向上に有効であることがわかる。 As shown in FIG. 10, the average HC conversion rate in the low temperature range (100° C. to 300° C.) of Examples 1 to 3 is shown in Example 2 (with self-heating material and lean start), without self-heating material (Example 1). In Example 3 (rich start with self-heating material), the HC conversion rate is even higher than Example 2 in lean start. From this, it can be seen that maintaining the self-heating property of the self-heating material by a rich start for a while and then switching the air heat ratio of the exhaust gas to a lean one is effective in improving the HC purification rate.

<WLTPモードでの制御タイムチャート>
図11はWLTPモードにおける車速変化を示す。図12は、WLTPモードにおけるエンジン始動時の、車速、入ガス温度(酸化触媒に流入する排気ガス温度)、触媒温度(酸化触媒の温度)、エンジンのA/F、EGR率及びTHC各々の変化を示す。
<Control time chart in WLTP mode>
FIG. 11 shows changes in vehicle speed in WLTP mode. Fig. 12 shows changes in vehicle speed, inlet gas temperature (exhaust gas temperature flowing into the oxidation catalyst), catalyst temperature (oxidation catalyst temperature), engine A/F, EGR rate, and THC when the engine is started in WLTP mode. indicates

エンジン始動後、入ガス温度が徐々に高くなっていき、車速の立上りに略同期して入ガス温度が立ち上がっている(上昇度が大きくなっている)。これに対して、触媒温度は入ガス温度の立ち上がりに遅れて立ち上がっている。触媒温度の立ち上がりに伴って、HCトラップ材の温度も立ち上がって高くなっていき、それに伴って、HCが放出し始めることになる。しかし、触媒温度は未だ低いため、放出されるHCが浄化されない。 After the engine is started, the incoming gas temperature gradually rises, and rises substantially in synchronism with the rise of the vehicle speed (the degree of rise increases). On the other hand, the catalyst temperature rises after the rise of the incoming gas temperature. As the temperature of the catalyst rises, the temperature of the HC trapping material also rises, and HC begins to be released accordingly. However, since the catalyst temperature is still low, the released HC is not purified.

本実施形態では、HCトラップ材の温度が所定温度(HCの放出が始まる前の温度)に上昇するまでは、A/Fを破線で示すように理論空燃比(14.7)よりも低くなるようにリッチ側に補正して(排気ガスの酸素濃度を低くして)、自己発熱材の自己発熱を抑制する。その後、A/Fを破線で示すように理論空燃比よりも高くなるようにリーン側に補正して(排気ガスの酸素濃度を高めて)、自己発熱材を酸素の吸蔵によって一気に発熱させる。これにより、触媒温度が破線で示すように急速に上昇し、HCトラップ材がHCを放出し始める頃には、酸化触媒が活性を呈するようになる。その結果、HCトラップ材から放出されるHCが酸化触媒によって浄化され、HCが未浄化のまま排出されることが抑えられる。 In this embodiment, until the temperature of the HC trap material rises to a predetermined temperature (the temperature before HC release starts), the A/F becomes lower than the theoretical air-fuel ratio (14.7) as indicated by the dashed line. is corrected to the rich side (the oxygen concentration of the exhaust gas is lowered) to suppress the self-heating of the self-heating material. After that, the A/F is corrected to the lean side (by increasing the oxygen concentration of the exhaust gas) so that the air-fuel ratio becomes higher than the theoretical air-fuel ratio as indicated by the dashed line, and the self-heating material is caused to generate heat at once by occluding oxygen. As a result, the catalyst temperature rises rapidly as indicated by the dashed line, and the oxidation catalyst becomes active by the time the HC trapping material begins to release HC. As a result, the HC released from the HC trap material is purified by the oxidation catalyst, and the unpurified HC is suppressed from being discharged.

ここに、本実施形態では、自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度をエンジンのA/Fの制御によって変化させているが、図12に示すように、HCトラップ材の温度が所定温度(HCの放出が始まる前の温度)に上昇するまでEGR率を50%よりも高くし(ヘビーEGR)、その後にEGR率を低下させることで、自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度を変えるようにすることもできる。或いは、A/F制御とEGR率の制御によって当該酸素濃度を変化させるようにしてもよい。 Here, in this embodiment, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the self-heating material is changed by controlling the A/F of the engine. Altering the oxygen concentration of the exhaust gas entering the self-heating material by increasing the EGR rate above 50% (heavy EGR) until the temperature rises to the temperature before HC release begins (heavy EGR), and then decreasing the EGR rate. You can also make Alternatively, the oxygen concentration may be changed by A/F control and EGR rate control.

図13は、WLTPモードにおけるエンジン停止時の、車速、入ガス温度(酸化触媒に流入する排気ガス温度)、触媒温度(酸化触媒の温度)、エンジンのA/F、EGR率及びTHC各々の変化を示す。 Fig. 13 shows changes in vehicle speed, inlet gas temperature (exhaust gas temperature flowing into the oxidation catalyst), catalyst temperature (oxidation catalyst temperature), engine A/F, EGR rate and THC when the engine is stopped in WLTP mode. indicates

本実施形態では、車速とその減速度によってエンジンの停止を監視し、車速が所定値以下になり且つ減速度が所定値以上になった時点でエンジンの停止及びその停止までの時間を予測する。エンジン停止が予測されたときは、その時点において、自己発熱材の温度が所定温度以上(その吸蔵している酸素の放出が可能)であり、エンジン停止までに酸素の放出に必要な時間があるときに、A/Fを破線で示すように理論空燃比(14.7)よりも低くなるようにリッチ側に補正して(排気ガスの酸素濃度を低くして)、自己発熱材の自己発熱性を回復させる。すなわち、自己発熱材から酸素を放出させる。エンジン停止後に直ちに排気通路弁8を閉止する。 In this embodiment, the engine stop is monitored based on the vehicle speed and its deceleration, and when the vehicle speed becomes equal to or less than a predetermined value and the deceleration becomes equal to or more than a predetermined value, the engine stop and the time until the engine stop are predicted. When the engine is predicted to stop, the temperature of the self-heating material is at a predetermined temperature or higher (the stored oxygen can be released) at that time, and there is time required for the oxygen to be released before the engine stops. Sometimes, A/F is corrected to the rich side so that it is lower than the theoretical air-fuel ratio (14.7) as indicated by the dashed line (by reducing the oxygen concentration of the exhaust gas), and the self-heating of the self-heating material restore sexuality. That is, oxygen is released from the self-heating material. Immediately after stopping the engine, the exhaust passage valve 8 is closed.

なお、NOxの浄化に関しては、SCR触媒6に代えて、NSC(NOx吸蔵還元触媒)等を採用することもできる。 In addition, regarding purification of NOx, instead of the SCR catalyst 6, an NSC (NOx storage reduction catalyst) or the like can be employed.

1 エンジン
2 排気ガス通路
3 発熱体(自己発熱触媒)
4 酸化触媒コンバータ(HCトラップ材含有)
8 排気通路弁(開閉弁)
9 コントローラ
11 温度センサ
12 車速センサ
1 engine 2 exhaust gas passage 3 heating element (self-heating catalyst)
4 Oxidation catalyst converter (containing HC trap material)
8 Exhaust passage valve (open/close valve)
9 controller 11 temperature sensor 12 vehicle speed sensor

Claims (5)

HCを含有する排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置であって、
上記排気ガスが流れる排気ガス通路に設けられ、上記HCをトラップするHCトラップ材と、
上記排気ガス通路に設けられ、上記HCトラップ材から放出されるHC及び上記排気ガスに含まれるHCを酸化するための酸化触媒と、
上記排気ガス通路に設けられ、上記酸化触媒を加熱するための、酸素を吸蔵するときに自己発熱する自己発熱材と、
上記HCトラップ材がHCのトラップを開始からの該HCトラップ材へのHC流入量を求める手段と、
上記HC流入量が所定値以下であるときに、上記自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度を低くすることによって上記自己発熱材の自己発熱を抑制し、上記HC流入量が所定値を超えたら上記酸素濃度を高くすることによって上記自己発熱を生じさせる自己発熱制御手段と、
上記排気ガスの浄化を終了するときに、上記酸素濃度を下げることによって上記自己発熱材から酸素を放出させて、該自己発熱材の自己発熱性を回復させる自己発熱材再生手段と、
上記自己発熱材の雰囲気を次の排気ガスの浄化開始まで酸素濃度が下がった状態に保つことによって上記自己発熱材の自己発熱性を維持する自己発熱性維持手段とを備えていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
An exhaust gas purification device for purifying exhaust gas containing HC,
an HC trap material provided in an exhaust gas passage through which the exhaust gas flows to trap the HC;
an oxidation catalyst provided in the exhaust gas passage for oxidizing HC released from the HC trap material and HC contained in the exhaust gas;
a self-heating material that is provided in the exhaust gas passage and that heats itself when absorbing oxygen for heating the oxidation catalyst;
means for determining the amount of HC flowing into the HC trapping material from when the HC trapping material starts trapping HC;
When the HC inflow amount is less than or equal to a predetermined value, the self-heating of the self-heating material is suppressed by reducing the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the self-heating material, and the HC inflow amount exceeds a predetermined value. self-heating control means for causing the self-heating by increasing the oxygen concentration in the coke;
self-heating material regeneration means for releasing oxygen from the self-heating material by lowering the oxygen concentration to recover the self-heating property of the self-heating material when the purification of the exhaust gas is completed;
self-heating property maintaining means for maintaining the self-heating property of the self-heating material by maintaining the atmosphere of the self-heating material in a state where the oxygen concentration is lowered until the next purification of the exhaust gas is started. Exhaust gas purifier.
請求項1において、
上記自己発熱材は、Biを含有するCeZr系複合酸化物であることを特徴とする排気ガス浄化装置。
In claim 1 ,
The exhaust gas purifier, wherein the self-heating material is a CeZr-based composite oxide containing Bi.
請求項1において、
上記自己発熱性維持手段は、上記排気ガス通路に設けられ、該排気ガス通路への外気の侵入を阻止する開閉弁によって構成されていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
In claim 1 ,
The exhaust gas purifier according to claim 1, wherein the self-heating property maintaining means is provided in the exhaust gas passage and comprises an on-off valve for preventing outside air from entering the exhaust gas passage.
請求項1において、
上記自己発熱材再生手段は、上記自己発熱材の温度に相関する温度に基づいて該自己発熱材の酸素吸蔵量を求め、該酸素吸蔵量を所定値まで低下させるための上記自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度の低減度合及び低減時間を設定することを特徴とする排気ガス浄化装置。
In claim 1 ,
The self-heating material regeneration means obtains the oxygen storage amount of the self-heating material based on the temperature correlated with the temperature of the self-heating material, and flows into the self-heating material for reducing the oxygen storage amount to a predetermined value. 1. An exhaust gas purifier, characterized in that it sets the degree of reduction and the reduction time of the oxygen concentration of the exhaust gas.
HCを含有する排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置であって、
上記排気ガスが流れる排気ガス通路に設けられ、上記HCをトラップするHCトラップ材と、
上記排気ガス通路に設けられ、上記HCトラップ材から放出されるHC及び上記排気ガスに含まれるHCを酸化するための酸化触媒と、
上記排気ガス通路に設けられ、上記酸化触媒を加熱するための、酸素を吸蔵するときに自己発熱する自己発熱材と、
上記HCトラップ材の温度に相関する温度が、該HCトラップ材がHCの放出を開始する前の所定温度以下であるときに、上記自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度を低くすることによって上記自己発熱材の自己発熱を抑制し、上記HCトラップ材の温度に相関する温度が上記所定温度を超えたときに上記酸素濃度を高くすることによって上記自己発熱を生じさせる自己発熱制御手段と、
上記排気ガスの浄化を終了するときに、上記酸素濃度を下げることによって上記自己発熱材から酸素を放出させて、該自己発熱材の自己発熱性を回復させる自己発熱材再生手段と、
上記自己発熱材の雰囲気を次の排気ガスの浄化開始まで酸素濃度が下がった状態に保つことによって上記自己発熱材の自己発熱性を維持する自己発熱性維持手段とを備え、
上記自己発熱材再生手段は、上記自己発熱材の温度に相関する温度に基づいて該自己発熱材の酸素吸蔵量を求め、該酸素吸蔵量を所定値まで低下させるための上記自己発熱材に流入する排気ガスの酸素濃度の低減度合及び低減時間を設定することを特徴とする排気ガス浄化装置。
An exhaust gas purification device for purifying exhaust gas containing HC,
an HC trap material provided in an exhaust gas passage through which the exhaust gas flows to trap the HC;
an oxidation catalyst provided in the exhaust gas passage for oxidizing HC released from the HC trap material and HC contained in the exhaust gas;
a self-heating material that is provided in the exhaust gas passage and that heats itself when absorbing oxygen for heating the oxidation catalyst;
By reducing the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the self-heating material when the temperature correlated with the temperature of the HC trap material is equal to or lower than a predetermined temperature before the HC trap material starts releasing HC. self-heating control means for suppressing self-heating of the self-heating material and causing the self-heating by increasing the oxygen concentration when the temperature correlated with the temperature of the HC trapping material exceeds the predetermined temperature;
self-heating material regeneration means for releasing oxygen from the self-heating material by lowering the oxygen concentration to recover the self-heating property of the self-heating material when the purification of the exhaust gas is completed;
self-heating property maintaining means for maintaining the self-heating property of the self-heating material by maintaining the atmosphere of the self-heating material in a state where the oxygen concentration is lowered until the next exhaust gas purification is started;
The self-heating material regeneration means obtains the oxygen storage amount of the self-heating material based on the temperature correlated with the temperature of the self-heating material, and flows into the self-heating material for reducing the oxygen storage amount to a predetermined value. 1. An exhaust gas purifier, characterized in that it sets the degree of reduction and the reduction time of the oxygen concentration of the exhaust gas.
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