JP4952645B2 - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の未燃成分を酸化させる機能を有する酸化触媒と、
前記酸化触媒の下流側に設置され、排気ガス中のNOxを浄化する機能を有するNOx触媒と、
前記酸化触媒と前記NOx触媒との間に活性酸素を供給する活性酸素供給装置と、
前記酸化触媒および前記NOx触媒の温度に関する情報を取得する温度情報取得手段と、
前記情報に基づいて、前記活性酸素供給装置による活性酸素の供給を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記情報に基づいて、前記酸化触媒および前記NOx触媒の温度が、所定の低温領域、中温領域および高温領域のうちの何れにあるかを判定する触媒温度判定手段と、
前記中温領域にあると判定された場合に前記NOx触媒に流入する排気ガス中のHC濃度が、前記低温領域にあると判定された場合に前記NOx触媒に流入する排気ガス中のHC濃度より高くなるように、活性酸素供給量を制御する活性酸素量制御手段と、
を含むことを特徴とする。
前記制御手段は、
前記低温領域にあると判定された場合に、排気ガス中のNOxを浄化するために必要な量の活性酸素と、排気ガス中のHCを浄化するために必要な量の活性酸素とを、前記活性酸素供給装置により供給させる低温時活性酸素量制御手段と、
前記中温領域にあると判定された場合に、排気ガス中のNOxを浄化するために必要な量の活性酸素と、排気ガス中のHCの一部を浄化するために必要な量の活性酸素とを、前記活性酸素供給装置により供給させる中温時活性酸素量制御手段と、
を含むことを特徴とする。
前記制御手段は、前記高温領域にあると判定された場合に、活性酸素の供給を抑制する供給抑制手段を含むことを特徴とする。
前記低温領域は、前記酸化触媒および前記NOx触媒の活性が発現していない温度領域に対応し、前記中温領域は、前記酸化触媒および前記NOx触媒の活性が発現し始める温度から、それらが十分に活性化するまでの温度に対応し、前記高温領域は、前記中温領域を超える温度領域に対応することを特徴とする。
前記排気通路を流れる排気ガスの流速を算出する排気ガス流速算出手段と、
前記排気ガス流速が所定値を超える場合に、活性酸素の供給を抑制する手段と、
を備えることを特徴とする。
前記活性酸素供給装置は、活性酸素としてオゾンを供給することを特徴とする。
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関10を備えている。本実施形態において、内燃機関10は、4つの気筒13を備えた4気筒型の圧縮着火式内燃機関(ディーゼルエンジン)である。本実施形態の内燃機関10は、ターボチャージャ19を備えている。ターボチャージャ19のコンプレッサにより圧縮された吸入空気は、吸気マニホールド11を介して各気筒13に流入する。各気筒13には、それぞれ、筒内に直接に燃料を噴射する燃料インジェクタ14が設けられている。各燃料インジェクタ14には、コモンレール18に蓄えられた高圧の燃料が供給される。図示しない燃料タンク内の燃料は、サプライポンプ17により加圧され、コモンレール18に供給される。各気筒13から排出される排気ガスは、排気マニホールド12で合流し、ターボチャージャ19のタービンに流入する。タービンを通過した排気ガスは、排気通路15を流れる。
酸化触媒20およびNOx触媒21の温度が低温領域(触媒活性が発現しない領域)にある場合には、HCを浄化するために必要な量のオゾンと、NOxを浄化(吸収)するために必要な量のオゾンとを、オゾン供給装置27により供給する。酸化触媒20の活性が発現していない低温領域では、酸化触媒20でHCを浄化することができない。その一方で、NOx浄化率は、NOx触媒21中のHC量がゼロに近いほど、大きくなる。そこで、上記の「HCを浄化するために必要な量のオゾン」とは、好ましくは、HCをほぼ全部除去することができるようなオゾン量に設定される。
酸化触媒20およびNOx触媒21の温度が中温領域(触媒活性が発現し始める温度から、活性化が十分となる温度までの領域)にある場合には、HCを一部浄化するために必要な量のオゾンと、NOxを浄化(吸収)するために必要な量のオゾンとを、オゾン供給装置27により供給する。酸化触媒20の活性が発現し始めている中温領域では、酸化触媒20で一部のHCが浄化される。一方、前述したように、NOx触媒21においては、NOx浄化率が最大となるような、HC共存量の最適値が存在する。このため、オゾンによってHCを完全に除去するのではなく、NOx触媒21に最適な量のHCを流入させることが最も望ましい。そこで、上記の「HCを一部浄化するために必要な量のオゾン」とは、酸化触媒20で浄化される分のHCと、NOx触媒21に流入させるべき最適な量のHCとを除いた残りのHCを浄化することができるようなオゾン量に設定される。また、NOx触媒21の活性が一部発現している中温領域では、前述したように、一部のNOについては、Pt触媒によってNO2に転換させて、吸蔵材に吸収させることができる。このため、NOxを浄化するために必要なオゾンの量は、低温領域のときと比べて、少なくて済む。以上のことに鑑みて、中温領域では、図6に示すように、低温領域と比べ、オゾン供給量は少なくされる。
酸化触媒20およびNOx触媒21の温度が高温領域(触媒の活性化が十分となる温度以上の領域)にある場合には、オゾン供給装置27によるオゾンの供給を停止する。高温領域(例えば300℃以上)になると、オゾンは、熱分解し易い。このため、オゾンを供給しても、その効果は薄い。また、触媒が十分に活性化する高温領域では、HCおよびNOxは、それぞれ、酸化触媒20およびNOx触媒21において十分に浄化することができる。よって、オゾンを供給する必要性も少ない。そこで、高温領域では、オゾンの供給を停止することとした。これにより、高温領域では、オゾン供給装置27に電力が消費されることがないため、燃費の改善が図れる。
図7は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。図7に示すルーチンによれば、まず、酸化触媒20およびNOx触媒21の温度が、低温領域(例えば200℃未満)、中温領域(例えば200℃〜300℃)、高温領域(例えば300℃以上)のうちの何れにあるかが判別される(ステップ100)。本実施形態では、このステップ100の判断は、温度センサ28および29の出力に基づいてなされる。なお、本実施形態では、酸化触媒20およびNOx触媒21の両方に温度センサを設けているが、本発明では、酸化触媒20およびNOx触媒21の何れかに設けた温度センサの出力に基づいてこのステップ100の判断を行ってもよい。また、本発明では、温度センサによらず、内燃機関10の運転状態(エンジン回転数、負荷、排気ガス温度等)に基づいて酸化触媒20およびNOx触媒21の温度を推定することにより、ステップ100の判断を行うようにしてもよい。
次に、図8および図9を参照して、本発明の実施の形態2について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
11 吸気マニホールド
12 排気マニホールド
13 気筒
14 燃料インジェクタ
15 排気通路
17 サプライポンプ
18 コモンレール
19 ターボチャージャ
20 酸化触媒
21 NOx触媒
22 オゾン供給ノズル
23 オゾン供給口
24 オゾン供給通路
25 オゾン発生器
26 ケーシング
27 オゾン供給装置
28,29 温度センサ
50 ECU
Claims (6)
- 内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の未燃成分を酸化させる機能を有する酸化触媒と、
前記酸化触媒の下流側に設置され、排気ガス中のNOxを浄化する機能を有するNOx触媒と、
前記酸化触媒と前記NOx触媒との間に活性酸素を供給する活性酸素供給装置と、
前記酸化触媒および前記NOx触媒の温度に関する情報を取得する温度情報取得手段と、
前記情報に基づいて、前記活性酸素供給装置による活性酸素の供給を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記情報に基づいて、前記酸化触媒および前記NOx触媒の温度が、所定の低温領域、中温領域および高温領域のうちの何れにあるかを判定する触媒温度判定手段と、
前記低温領域にあると判定された場合に、排気ガス中のNOxを浄化するために必要な量の活性酸素と、排気ガス中のHCを浄化するために必要な量の活性酸素とを、前記活性酸素供給装置により供給させる低温時活性酸素量制御手段と、
前記中温領域にあると判定された場合に、排気ガス中のNOxを浄化するために必要な量の活性酸素と、排気ガス中のHCの一部を浄化するために必要な量の活性酸素とを、前記活性酸素供給装置により供給させる中温時活性酸素量制御手段と、
を含み、前記中温領域にあると判定された場合に前記NOx触媒に流入する排気ガス中のHC濃度が、前記低温領域にあると判定された場合に前記NOx触媒に流入する排気ガス中のHC濃度より高くなるように、活性酸素供給量を制御することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。 - 前記NOx触媒では、前記中温領域にあるとき、NOxがHCにより還元されて浄化される反応がNOxの吸蔵反応と並行して起こることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
- 前記制御手段は、前記高温領域にあると判定された場合に、活性酸素の供給を抑制する供給抑制手段を含むことを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
- 前記低温領域は、前記酸化触媒および前記NOx触媒の活性が発現していない温度領域に対応し、前記中温領域は、前記酸化触媒および前記NOx触媒の活性が発現し始める温度から、それらが十分に活性化するまでの温度に対応し、前記高温領域は、前記中温領域を超える温度領域に対応することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
- 前記排気通路を流れる排気ガスの流速を算出する排気ガス流速算出手段と、
前記排気ガス流速が所定値を超える場合に、活性酸素の供給を抑制する手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。 - 前記活性酸素供給装置は、活性酸素としてオゾンを供給することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
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