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JP2003222018A - Exhaust purification device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust purification device for internal combustion engine

Info

Publication number
JP2003222018A
JP2003222018A JP2002020119A JP2002020119A JP2003222018A JP 2003222018 A JP2003222018 A JP 2003222018A JP 2002020119 A JP2002020119 A JP 2002020119A JP 2002020119 A JP2002020119 A JP 2002020119A JP 2003222018 A JP2003222018 A JP 2003222018A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
exhaust gas
filter
catalyst
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002020119A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Suzuki
鈴木  誠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2002020119A priority Critical patent/JP2003222018A/en
Publication of JP2003222018A publication Critical patent/JP2003222018A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関の排気浄化装置において、燃費の悪化
を抑制しつつ排気浄化触媒に還元剤を供給することがで
きる技術を提供する。 【解決手段】内燃機関からの排気を浄化する排気浄化触
媒9と、燃料が酸化される際に発生する化学エネルギを
電気エネルギとして取り出す燃料電池11と、燃料電池
11及び排気浄化触媒9に気体状の燃料を供給する燃料
供給手段11と、を備え、燃料電池11にて酸化される
前の気体状の燃料を排気浄化触媒9に還元剤として供給
することにより、内燃機関の運転状態によらずNOxの
還元、排気浄化触媒9の昇温等を行うことができるよう
にした。
(57) Abstract: In an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, there is provided a technique capable of supplying a reducing agent to an exhaust gas purification catalyst while suppressing deterioration of fuel efficiency. An exhaust purification catalyst for purifying exhaust gas from an internal combustion engine, a fuel cell for extracting chemical energy generated when fuel is oxidized as electric energy, and a gaseous fuel for the fuel cell and the exhaust purification catalyst. And a fuel supply means 11 for supplying the fuel of the present invention to the exhaust gas purification catalyst 9 by supplying gaseous fuel before being oxidized by the fuel cell 11 as a reducing agent, regardless of the operating state of the internal combustion engine. Reduction of NOx, temperature rise of the exhaust purification catalyst 9, and the like can be performed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置
として、排気通路に例えばNOx触媒を配置することが
ある。
2. Description of the Related Art As an exhaust gas purification apparatus for purifying exhaust gas of an internal combustion engine, for example, a NOx catalyst may be arranged in an exhaust passage.

【0003】NOx触媒は、ディーゼルエンジンやリー
ンバーンガソリンエンジンなど希薄燃焼可能な内燃機関
から排出される排気を浄化可能な触媒であり、これには
選択還元型NOx触媒や吸蔵還元型NOx触媒等が挙げら
れる。
The NOx catalyst is a catalyst capable of purifying exhaust gas emitted from a lean-burn internal combustion engine such as a diesel engine or a lean burn gasoline engine, and a NOx catalyst of selective reduction type or a NOx catalyst of storage reduction type is included in this catalyst. Can be mentioned.

【0004】例えば、吸蔵還元型NOx触媒は、流入排
気の酸素濃度が高いときはNOxを吸蔵し、流入排気の
酸素濃度が低下すると吸蔵していたNOxの還元を行
う。
For example, the NOx storage reduction catalyst stores NOx when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is high, and reduces the stored NOx when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas decreases.

【0005】この吸蔵還元型NOx触媒の場合、前記内
燃機関では通常運転時の排気の空燃比がリーンとなるた
め、排気中のNOxがNOx触媒に吸蔵されることとな
る。しかしながら、リーン空燃比の排気がNOx触媒に
供給され続けると、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和
し、それ以上NOxを吸蔵できなくなり、NOxがリーク
されることとなる。そこで、吸蔵還元型NOx触媒で
は、NOx吸蔵能力が飽和する前に所定のタイミングで
流入排気の酸素濃度を低下させるとともに排気中の炭化
水素(HC)、一酸化炭素(CO)等の還元剤成分量を
増加させ、NOx触媒に吸蔵されていたNOxをN2に還
元し、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸蔵能力を解消させ
る必要がある。
In the case of this NOx storage reduction catalyst, the NOx in the exhaust is stored in the NOx catalyst because the air-fuel ratio of the exhaust gas in the normal operation of the internal combustion engine becomes lean. However, if exhaust gas having a lean air-fuel ratio is continuously supplied to the NOx catalyst, the NOx storage capacity of the NOx catalyst becomes saturated, NOx cannot be stored any more, and NOx is leaked. Therefore, in the NOx storage reduction catalyst, the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is reduced at a predetermined timing before the NOx storage capacity is saturated, and a reducing agent component such as hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas. It is necessary to increase the amount and reduce the NOx stored in the NOx catalyst to N 2 to eliminate the NOx storage capacity of the storage reduction type NOx catalyst.

【0006】このようにリーンNOx触媒を利用した排
気浄化装置では、NOxが浄化されるために間欠的に排
気の酸素濃度を低下させ、還元剤成分を供給する必要が
ある。そして、間欠的に排気の酸素濃度を低下させる方
法として排気中の燃料添加や気筒内で燃料が主噴射され
た後の膨張行程中に更に燃料を噴射する副噴射等が挙げ
られる。
As described above, in the exhaust gas purification apparatus using the lean NOx catalyst, it is necessary to intermittently reduce the oxygen concentration of the exhaust gas and supply the reducing agent component in order to purify NOx. Then, as a method of intermittently reducing the oxygen concentration of the exhaust gas, there are a fuel addition in the exhaust gas and a sub-injection in which the fuel is further injected during the expansion stroke after the main injection of the fuel in the cylinder.

【0007】例えば、特開平6−117225号公報で
は、気筒内に燃料を噴射する電子制御式の燃料噴射弁を
備えた内燃機関の排気浄化装置において、機関の膨張行
程又は排気行程にて筒内噴射を実行させるようにしてい
る。このように燃料噴射弁を電子制御することにより、
副噴射の時期及び量を微調整可能とし、運転状態の変化
にも対応することができ、NOx浄化率の向上、HCエ
ミッション悪化の抑制を図ることを可能としている。
For example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-117225, in an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine equipped with an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into a cylinder, the in-cylinder is used in the expansion stroke or exhaust stroke of the engine. I am trying to execute the injection. By electronically controlling the fuel injection valve in this way,
The timing and amount of sub-injection can be finely adjusted, it is possible to respond to changes in operating conditions, and it is possible to improve the NOx purification rate and suppress deterioration of HC emissions.

【0008】一方、吸蔵還元型NOx触媒には燃料に含
まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物(SO
x)もNOxと同じメカニズムで吸蔵される。このように
吸蔵されたSOxはNOxよりも放出されにくく、NOx
触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒(SOx被毒)と
いい、NOx浄化率が低下するため、適宜の時期にSOx
被毒から解消させる被毒解消処理を施す必要がある。こ
の被毒解消処理は、NOx触媒を高温にしつつ酸素濃度
を低下させた排気をNOx触媒に流通させて行われてい
る。
On the other hand, the NOx storage reduction catalyst has sulfur oxides (SO
x) is also stored by the same mechanism as NOx. SOx stored in this way is less likely to be released than NOx, and NOx
Accumulates in the catalyst. This is called sulfur poisoning (SOx poisoning), and the NOx purification rate decreases, so SOx is added at an appropriate time.
It is necessary to perform poisoning elimination processing that eliminates poisoning. This poisoning elimination processing is performed by circulating exhaust gas, in which the oxygen concentration is lowered while the NOx catalyst is at a high temperature, through the NOx catalyst.

【0009】ところが希薄燃焼運転時の排気の温度は低
いため、SOx被毒の解消に必要とされる温度まで触媒
を昇温することは困難である。
However, since the temperature of the exhaust gas during the lean burn operation is low, it is difficult to raise the temperature of the catalyst to the temperature required to eliminate SOx poisoning.

【0010】また、触媒には排気を効果的に浄化するこ
とができる温度範囲があり、機関始動時には早期にこの
温度範囲内に触媒の温度を上昇し、その後その温度を維
持することが重要となる。
Further, the catalyst has a temperature range in which exhaust gas can be effectively purified, and it is important to raise the temperature of the catalyst within this temperature range at the early stage of engine startup and then maintain that temperature. Become.

【0011】ところで、ディーゼルエンジンは経済性に
優れている反面、排気中に含まれる浮遊粒子状物質であ
る煤に代表されるパティキュレートマター(Particulat
e Matter:以下特に断らない限り「PM」という。)の
除去が重要な課題となっている。このため、大気中にP
Mが放出されないようにディーゼルエンジンの排気系に
PMの捕集を行うパティキュレートフィルタ(以下、単
に「フィルタ」とする)を設ける技術が周知である。
By the way, while the diesel engine is excellent in economic efficiency, it is a particulate matter (Particulat) typified by soot which is a suspended particulate matter contained in exhaust gas.
e Matter: Hereinafter referred to as "PM" unless otherwise specified. ) Is an important issue. Therefore, P
A technique is well known in which a particulate filter (hereinafter, simply referred to as “filter”) that traps PM is provided in an exhaust system of a diesel engine so that M is not released.

【0012】このフィルタにより排気中のPMが一旦捕
集され大気中へ放出されることを防止することができ
る。しかし、フィルタに捕集されたPMが該フィルタに
堆積しフィルタの目詰まりを発生させることがある。こ
の目詰まりが発生すると、フィルタ上流の排気の圧力が
上昇し内燃機関の出力低下やフィルタの毀損を誘発する
虞がある。このようなときには、フィルタ上に堆積した
PMを着火燃焼せしめることにより該PMを除去するこ
とができる。このようにフィルタに堆積したPMを除去
することをフィルタの再生という。
This filter can prevent PM in the exhaust gas from being once collected and released into the atmosphere. However, PM trapped in the filter may be deposited on the filter and may cause clogging of the filter. If this clogging occurs, the pressure of the exhaust gas upstream of the filter may increase, which may lead to a decrease in the output of the internal combustion engine or damage to the filter. In such a case, the PM accumulated on the filter can be removed by igniting and burning the PM. The removal of PM deposited on the filter in this way is called filter regeneration.

【0013】しかし、前記フィルタに捕集されたPMを
着火燃焼させるためには、フィルタの温度を高温にする
必要があるが、ディーゼルエンジンの排気の温度は通常
この温度よりも低いためPMを燃焼除去するのは困難で
あった。
However, in order to ignite and burn the PM collected in the filter, it is necessary to raise the temperature of the filter, but since the temperature of the exhaust gas of the diesel engine is usually lower than this temperature, the PM is burned. It was difficult to remove.

【0014】このように、触媒等を温度上昇させ、更に
その温度を維持する必要が生じたときに、例えば電気ヒ
ータ、バーナ等を用いて、SOx被毒解消に必要となる
温度まで、または捕集されたPMの着火燃焼が生じる温
度まで、更には触媒浄化率が高い温度まで触媒等を昇温
させることが考えられる。また、前記燃料添加や副噴射
による触媒での酸化反応熱を利用して温度上昇させ、そ
の温度を維持することも可能である。
As described above, when it is necessary to raise the temperature of the catalyst or the like and further maintain the temperature, an electric heater, a burner, or the like is used to reach the temperature required to eliminate SOx poisoning, or to catch the SOx poisoning. It is conceivable to raise the temperature of the catalyst and the like to a temperature at which ignited combustion of the collected PM occurs, and further to a temperature at which the catalyst purification rate is high. It is also possible to raise the temperature and maintain the temperature by utilizing the heat of oxidation reaction in the catalyst due to the addition of fuel or the auxiliary injection.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかし、機関から多量
の排気が排出される場合においては、副噴射等により排
気の酸素濃度を低下させるためには多量の燃料を必要と
し、燃費の悪化を招いてしまう。
However, when a large amount of exhaust gas is discharged from the engine, a large amount of fuel is required in order to reduce the oxygen concentration of the exhaust gas due to secondary injection, etc., which leads to deterioration of fuel efficiency. I will leave.

【0016】また、電気ヒータ等によりフィルタを加熱
するためには多大なエネルギを供給する必要があるが、
車両に搭載された内燃機関の排気浄化装置では必要とな
る多大なエネルギを得ることは困難である。
Further, in order to heat the filter with an electric heater or the like, it is necessary to supply a large amount of energy,
It is difficult to obtain a large amount of energy required by an exhaust gas purification device for an internal combustion engine mounted on a vehicle.

【0017】本発明は、上記したような問題に鑑みてな
されたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、
燃費の悪化を抑制しつつ排気浄化触媒に還元剤を供給す
ることができる技術を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine,
An object of the present invention is to provide a technique capable of supplying a reducing agent to an exhaust purification catalyst while suppressing deterioration of fuel efficiency.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採
用した。即ち、第1の発明は、内燃機関からの排気を浄
化する排気浄化触媒と、燃料が酸化される際に発生する
化学エネルギを電気エネルギとして取り出す燃料電池
と、前記燃料電池及び前記排気浄化触媒に気体状の燃料
を供給する燃料供給手段と、を備えたことを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention employs the following means. That is, the first invention provides an exhaust gas purification catalyst for purifying exhaust gas from an internal combustion engine, a fuel cell for taking out chemical energy generated when fuel is oxidized as electric energy, a fuel cell and the exhaust gas purification catalyst. And a fuel supply means for supplying a gaseous fuel.

【0019】本発明の最大の特徴は、燃料電池にて酸化
される前の燃料を排気浄化触媒に供給することによりN
Oxの還元、触媒の昇温等を行い触媒浄化率の向上を図
ることにある。
The greatest feature of the present invention is that the fuel before being oxidized in the fuel cell is supplied to the exhaust purification catalyst so that N
The purpose is to improve the catalyst purification rate by reducing Ox and raising the temperature of the catalyst.

【0020】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、燃料供給手段により燃料の供給を受けて燃料
電池は発電を行う。ここで、燃料供給手段が供給する燃
料には酸化作用があるため、該燃料を排気浄化触媒へ供
給することにより還元剤として作用させることが可能と
なる。尚、前記排気浄化触媒は、触媒を担持したフィル
タであっても良い。
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine thus configured, the fuel cell receives the fuel supplied by the fuel supply means to generate power. Here, since the fuel supplied by the fuel supply means has an oxidizing effect, it becomes possible to act as a reducing agent by supplying the fuel to the exhaust purification catalyst. The exhaust purification catalyst may be a filter carrying a catalyst.

【0021】上記課題を達成するために本発明の内燃機
関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、第
2の発明は、内燃機関からの排気を浄化する排気浄化触
媒と、燃料が酸化される際に発生する化学エネルギを電
気エネルギとして取り出す燃料電池と、前記燃料電池に
燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料電池の燃料極
側からの排気を前記排気浄化触媒に供給する燃料極側排
気供給手段と、を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention employs the following means. That is, the second invention is an exhaust gas purification catalyst for purifying exhaust gas from an internal combustion engine, a fuel cell for extracting chemical energy generated when fuel is oxidized as electrical energy, and a fuel for supplying fuel to the fuel cell. And a fuel electrode side exhaust gas supply means for supplying exhaust gas from the fuel electrode side of the fuel cell to the exhaust gas purification catalyst.

【0022】本発明の最大の特徴は、燃料電池の燃料極
側からの排気を排気浄化触媒に供給することにより触媒
浄化率の向上を図ることにある。
The greatest feature of the present invention is to improve the catalyst purification rate by supplying the exhaust gas from the fuel electrode side of the fuel cell to the exhaust purification catalyst.

【0023】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、燃料供給手段から燃料の供給を受けて燃料電
池は発電する。このときに、燃料電池の燃料極側から温
度の高い排気が排出される。このように燃料極側から排
出される排気を排気浄化触媒へ供給することにより、内
燃機関の運転状態によらず該排気浄化触媒の温度を上昇
又は維持させることが可能となる。
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine configured as described above, the fuel cell receives the supply of fuel from the fuel supply means to generate electricity. At this time, exhaust gas having a high temperature is discharged from the fuel electrode side of the fuel cell. By thus supplying the exhaust gas discharged from the fuel electrode side to the exhaust gas purification catalyst, the temperature of the exhaust gas purification catalyst can be raised or maintained regardless of the operating state of the internal combustion engine.

【0024】第1及び第2の発明においては、燃料を改
質する燃料改質手段を備え、前記燃料供給手段は、燃料
改質手段により改質された燃料を供給することができ
る。前記燃料改質手段は、内燃機関運転用の燃料等を水
素に改質することができる。従って、内燃機関の運転に
用いられる燃料を燃料電池に供給することが可能とな
り、燃料の共通化を図ることが可能となる。
In the first and second inventions, the fuel reforming means for reforming the fuel is provided, and the fuel supply means can supply the fuel reformed by the fuel reforming means. The fuel reforming means can reform fuel for operating the internal combustion engine to hydrogen. Therefore, the fuel used for operating the internal combustion engine can be supplied to the fuel cell, and the fuel can be shared.

【0025】上記課題を達成するために本発明の内燃機
関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、第
3の発明は、内燃機関からの排気を浄化する排気浄化触
媒と、燃料が酸化される際に発生する化学エネルギを電
気エネルギとして取り出す燃料電池と、前記燃料電池に
より取り出された電気エネルギを供給されて前記排気浄
化触媒を加熱するヒータと、を備えたことを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention employs the following means. That is, the third invention is an exhaust gas purification catalyst for purifying exhaust gas from an internal combustion engine, a fuel cell for taking out chemical energy generated when fuel is oxidized as electric energy, and electric energy taken out by the fuel cell. Is supplied to heat the exhaust purification catalyst.

【0026】本発明の最大の特徴は、燃料電池により発
電された電力を、排気浄化触媒を加熱するためのヒータ
に供給して発熱させることにより、該排気浄化触媒の温
度を上昇させることにある。
The greatest feature of the present invention is that the temperature of the exhaust purification catalyst is raised by supplying the electric power generated by the fuel cell to the heater for heating the exhaust purification catalyst to generate heat. .

【0027】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、燃料の供給を受けた燃料電池が発電を行う。
このときに得られた電力をヒータに供給することで、該
ヒータにより機関始動前及び始動直後において早期に排
気浄化触媒の温度を上昇させることが可能となり、更に
この温度を維持することが可能となる。
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine configured as described above, the fuel cell supplied with the fuel generates electric power.
By supplying the electric power obtained at this time to the heater, it is possible to raise the temperature of the exhaust purification catalyst early before and immediately after the engine is started by the heater, and it is possible to maintain this temperature. Become.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】<第1の実施の形態>以下、本発
明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基
づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関を車
両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて
説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION <First Embodiment> Specific embodiments of an internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, a case where the internal combustion engine according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle will be described as an example.

【0029】図1は、本実施の形態によるエンジン1と
その吸排気系の概略構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of an engine 1 and its intake and exhaust system according to the present embodiment.

【0030】図1に示すエンジン1は、水冷式の4サイ
クル・ディーゼル機関である。
The engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine.

【0031】エンジン1は、燃料供給管2を介して燃料
ポンプ3と接続されている。この燃料ポンプ3は、バッ
テリ4から電力の供給を受けて作動するポンプである。
燃料ポンプ3は更に燃料供給管2を介して燃料を貯留す
る燃料タンク5に接続されている。
The engine 1 is connected to a fuel pump 3 via a fuel supply pipe 2. The fuel pump 3 is a pump that operates by receiving power supply from the battery 4.
The fuel pump 3 is further connected via a fuel supply pipe 2 to a fuel tank 5 which stores fuel.

【0032】このように構成された燃料供給系では、バ
ッテリ4から燃料ポンプ3へ電力が供給されると該燃料
ポンプ3が作動して、燃料タンク5から燃料を吸い上げ
た後、燃料を吐出する。
In the fuel supply system configured as described above, when electric power is supplied from the battery 4 to the fuel pump 3, the fuel pump 3 operates to suck up the fuel from the fuel tank 5 and then discharge the fuel. .

【0033】前記燃料ポンプ3から吐出された燃料は、
燃料供給管2を介して燃料噴射弁(図示省略)へ分配さ
れ該燃料噴射弁から気筒内へ燃料が噴射される。
The fuel discharged from the fuel pump 3 is
The fuel is distributed to a fuel injection valve (not shown) through the fuel supply pipe 2, and the fuel is injected from the fuel injection valve into the cylinder.

【0034】次に、エンジン1には、吸気管6が接続さ
れており、該吸気管6の途中には、排気のエネルギを駆
動源として作動する遠心過給機(ターボチャージャ)7
のコンプレッサハウジング7aが設けられている。
Next, an intake pipe 6 is connected to the engine 1, and in the middle of the intake pipe 6, a centrifugal supercharger (turbocharger) 7 that operates using the energy of exhaust gas as a drive source.
The compressor housing 7a is provided.

【0035】このように構成された吸気系では、吸気
は、吸気管6を介してコンプレッサハウジング7aに流
入する。コンプレッサハウジング7aに流入した吸気
は、該コンプレッサハウジング7aに内装されたコンプ
レッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプ
レッサハウジング7a内で圧縮されて高圧となった吸気
は、各気筒の燃焼室へ分配され、各気筒の燃料噴射弁か
ら噴射された燃料を着火源として燃焼される。
In the intake system thus constructed, the intake air flows into the compressor housing 7a via the intake pipe 6. The intake air that has flowed into the compressor housing 7a is compressed by the rotation of the compressor wheel installed in the compressor housing 7a. The intake air that has been compressed in the compressor housing 7a and has a high pressure is distributed to the combustion chamber of each cylinder, and is combusted using the fuel injected from the fuel injection valve of each cylinder as an ignition source.

【0036】一方、エンジン1には、排気管8が接続さ
れ、排気管8は排気ポート(図示省略)を介して各気筒
の燃焼室と連通している。
On the other hand, an exhaust pipe 8 is connected to the engine 1, and the exhaust pipe 8 communicates with a combustion chamber of each cylinder via an exhaust port (not shown).

【0037】前記排気管8は、前記遠心過給機7のター
ビンハウジング7bと接続されている。前記タービンハ
ウジング7bは、排気管8と接続され、この排気管8
は、下流にてマフラー(図示省略)に接続されている。
The exhaust pipe 8 is connected to the turbine housing 7b of the centrifugal supercharger 7. The turbine housing 7b is connected to an exhaust pipe 8 and the exhaust pipe 8
Is connected downstream to a muffler (not shown).

【0038】前記排気管8の途中には、吸蔵還元型NO
x触媒を担持したパティキュレートフィルタ9が備えら
れている。このフィルタ9の上流側には、バッテリ4か
ら電力の供給を受けて発熱するヒータ10が備えられて
いる。
In the middle of the exhaust pipe 8, a storage reduction type NO
A particulate filter 9 carrying an x catalyst is provided. A heater 10 that receives power from the battery 4 and generates heat is provided on the upstream side of the filter 9.

【0039】このように構成された排気系では、エンジ
ン1の各気筒で燃焼された混合気(既燃ガス)が排気ポ
ートを介して排気管8へ排出され、次いで排気管8から
遠心過給機7のタービンハウジング7bへ流入する。タ
ービンハウジング7bに流入した排気は、該排気が持つ
エネルギを利用してタービンハウジング7b内に回転自
在に支持されたタービンホイールを回転させる。その
際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプ
レッサハウジング7aのコンプレッサホイールへ伝達さ
れる。
In the exhaust system configured as described above, the air-fuel mixture (burnt gas) burned in each cylinder of the engine 1 is discharged to the exhaust pipe 8 through the exhaust port, and then the centrifugal supercharge is performed from the exhaust pipe 8. It flows into the turbine housing 7b of the machine 7. The exhaust gas that has flowed into the turbine housing 7b uses the energy of the exhaust gas to rotate the turbine wheel that is rotatably supported in the turbine housing 7b. At that time, the rotational torque of the turbine wheel is transmitted to the compressor wheel of the compressor housing 7a described above.

【0040】前記タービンハウジング7bから排出され
た排気は、排気管8を介してフィルタ9へ流入し、排気
中のパティキュレートマター(以下、単にPMとす
る。)が捕集される。また、フィルタ9に担持された吸
蔵還元型NOx触媒(以下、単にNOx触媒とする。)
は、該NOx触媒に流入する排気の酸素濃度が高いとき
は排気中の窒素酸化物(NOx)を吸蔵(吸収、吸着)
する。一方、NOx触媒は、該NOx触媒に流入する排気
の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸化物
(NOx)を放出する。その際、排気中に炭化水素(H
C)や一酸化炭素(CO)等の還元成分が存在していれ
ば、窒素酸化物(NOx)は窒素(N2)に還元される。
The exhaust gas discharged from the turbine housing 7b flows into the filter 9 through the exhaust pipe 8, and the particulate matter (hereinafter referred to simply as PM) in the exhaust gas is collected. Further, the NOx storage reduction catalyst carried by the filter 9 (hereinafter, simply referred to as NOx catalyst).
Stores (absorbs, adsorbs) nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is high.
To do. On the other hand, the NOx catalyst releases the stored nitrogen oxides (NOx) when the oxygen concentration of the exhaust flowing into the NOx catalyst decreases. At that time, hydrocarbons (H
If a reducing component such as C) or carbon monoxide (CO) is present, nitrogen oxides (NOx) are reduced to nitrogen (N 2 ).

【0041】そして、フィルタ9にてPMを捕集された
排気はマフラーを介して大気中に放出される。
Then, the exhaust gas having the PM collected by the filter 9 is discharged into the atmosphere through the muffler.

【0042】また、フィルタ9を加熱する必要が生じた
ときには、前記ヒータ10はバッテリ4から電力の供給
を受けて発熱する。
When it becomes necessary to heat the filter 9, the heater 10 receives power from the battery 4 to generate heat.

【0043】本実施の形態による内燃機関の排気浄化装
置では、燃料電池11を備えている。この燃料電池11
は、電動ウォータポンプ14の他、電動エアコンコンプ
レッサ、電動オイルポンプ、電動パワーステアリングポ
ンプ等の補記類19にバッテリ4を介して電気的に接続
されており、該補機類19に電力を供給する。尚、本実
施の形態では、構造及び制御が簡素で、また燃料電池用
の触媒を必要とせず、燃料電池内部で燃料の改質が可能
な固体酸化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以
下、SOFCとする。)を採用した。
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment includes a fuel cell 11. This fuel cell 11
Is electrically connected to the auxiliary components 19 such as the electric air conditioner compressor, the electric oil pump, and the electric power steering pump in addition to the electric water pump 14 through the battery 4, and supplies electric power to the auxiliary devices 19. . In the present embodiment, the structure and control are simple, and a solid oxide fuel cell (solid oxide fuel cell: solid oxide fuel cell: solid oxide fuel cell: , SOFC).

【0044】SOFC11は、燃料極11a、電解質1
1b、空気極11cの三種類の酸化物電解質を備えて構
成されている。SOFC11には、燃料供給管2を介し
てFC用燃料ポンプ12と接続され、該FC用燃料ポン
プ12は、更に燃料供給管2を介して燃料タンク5に接
続されている。
The SOFC 11 includes a fuel electrode 11a and an electrolyte 1
1b and the air electrode 11c are provided with three types of oxide electrolytes. The SOFC 11 is connected to the FC fuel pump 12 via the fuel supply pipe 2, and the FC fuel pump 12 is further connected to the fuel tank 5 via the fuel supply pipe 2.

【0045】また、SOFC11には該SOFC11に
冷却水を循環させるための冷却水通路13が接続されて
いる。該冷却水通路13は、電動ウォータポンプ14、
エンジン1及び暖房用のヒータコア15に接続されてい
る。電動ウォータポンプ14は、バッテリ4から電力の
供給を受けて作動し冷却水を循環させる。
A cooling water passage 13 for circulating cooling water in the SOFC 11 is connected to the SOFC 11. The cooling water passage 13 includes an electric water pump 14,
It is connected to the engine 1 and the heater core 15 for heating. The electric water pump 14 receives power from the battery 4 and operates to circulate cooling water.

【0046】更に、SOFC11には該SOFC11の
空気極11cに空気を送るための空気ポンプ16が空気
供給通路17を介して接続されている。該空気ポンプ1
6は、バッテリ4から電力の供給を受けて作動し空気を
吐出する。
Further, an air pump 16 for sending air to the air electrode 11c of the SOFC 11 is connected to the SOFC 11 via an air supply passage 17. The air pump 1
6 receives electric power from the battery 4 to operate and discharges air.

【0047】SOFC11を作動させるために必要な燃
料はエンジン1と同様の軽油が用いられる。FC用燃料
ポンプ12によりSOFC11に供給された燃料は、燃
料極11a上で水蒸気と反応して水素(H2)と一酸化
炭素(CO)に改質される。このように、SOFC11
では電池内で燃料の改質を行うことが可能である。一
方、空気極11cには空気ポンプ16により空気が供給
される。空気極11cでは、空気中の酸素が電解質11
bとの界面において解離して酸素イオン(O2-)とな
り、電解質11b中を燃料極11a側へ移動する。電解
質11bと燃料極11aとの界面に到達した酸素イオン
(O2-)は、水素(H2)及び一酸化炭素(CO)と反
応して、水(H2O)及び二酸化炭素(CO2)を生成す
る。SOFC11による発電は、このときに放出された
電子を取り出すことによりなされる。このようにして、
燃料の持つ化学エネルギを直接電気エネルギへ変換する
ため、エネルギ変換による損失が少なく、高効率な発電
が可能となる。このような発電は、例えば700乃至1
000℃の温度下で行われる。
As the fuel necessary for operating the SOFC 11, the same light oil as the engine 1 is used. The fuel supplied to the SOFC 11 by the FC fuel pump 12 reacts with water vapor on the fuel electrode 11a to be reformed into hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO). In this way, SOFC11
It is possible to reform the fuel in the cell. On the other hand, air is supplied to the air electrode 11c by the air pump 16. In the air electrode 11c, the oxygen in the air is the electrolyte 11
At the interface with b, it dissociates into oxygen ions (O 2− ) and moves in the electrolyte 11b toward the fuel electrode 11a. The oxygen ions (O 2− ) that have reached the interface between the electrolyte 11b and the fuel electrode 11a react with hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) to produce water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ). ) Is generated. Power generation by the SOFC 11 is performed by taking out the electrons emitted at this time. In this way
Since the chemical energy of the fuel is directly converted into electric energy, loss due to energy conversion is small, and highly efficient power generation is possible. Such power generation is, for example, 700 to 1
It is carried out at a temperature of 000 ° C.

【0048】このように構成されたSOFC11は、E
CU18からの信号により作動する。発電により得られ
た電力の一部は一旦バッテリ4に蓄えられる。バッテリ
4には、電動ウォータポンプ14の他、電動エアコンコ
ンプレッサ、電動オイルポンプ、電動パワーステアリン
グポンプ等の補機類19が電気的に接続されており、こ
れらの装置に電力が供給される。
The SOFC 11 thus constructed is
It operates by the signal from CU18. A part of the electric power obtained by the power generation is temporarily stored in the battery 4. In addition to the electric water pump 14, an auxiliary equipment 19 such as an electric air conditioner compressor, an electric oil pump, an electric power steering pump, etc. is electrically connected to the battery 4, and electric power is supplied to these devices.

【0049】また、本実施の形態によるSOFC11で
は、燃料極11a側で燃料が改質された結果発生した水
素(H2)及び一酸化炭素(CO)をフィルタ9へ供給
するため還元剤供給通路21の一端が接続され、該還元
剤供給通路21の他端はフィルタ9上流の排気管8に接
続されている。SOFC11と還元剤供給通路21との
接続部には、ECU18からの信号により開閉する遮断
弁20が設けられている。
Further, in the SOFC 11 according to the present embodiment, the reducing agent supply passage for supplying hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) generated as a result of reforming the fuel on the fuel electrode 11a side to the filter 9. 21 is connected to one end, and the other end of the reducing agent supply passage 21 is connected to the exhaust pipe 8 upstream of the filter 9. At the connection between the SOFC 11 and the reducing agent supply passage 21, a shutoff valve 20 that opens and closes according to a signal from the ECU 18 is provided.

【0050】このように構成された還元剤供給機構で
は、フィルタ9へ還元剤を供給する必要が生じたとき
に、ECU18はSOFC11を起動させる。SOFC
11で燃料の改質により発生した水素(H2)及び一酸
化炭素(CO)は、開弁された遮断弁20を通過して還
元剤供給通路21を流通し、フィルタ9上流から該フィ
ルタ9へと流入する。このようにして、フィルタ9へ還
元剤を供給することが可能となる。
In the reducing agent supply mechanism thus constructed, the ECU 18 activates the SOFC 11 when the reducing agent needs to be supplied to the filter 9. SOFC
Hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) generated by the reforming of the fuel at 11 pass through the cutoff valve 20 that has been opened and flow through the reducing agent supply passage 21, and from the upstream side of the filter 9 to the filter 9 Flows into. In this way, the reducing agent can be supplied to the filter 9.

【0051】また、このときに供給される水素(H2
及び一酸化炭素(CO)は高温であるためフィルタ9の
温度を上昇させることが可能となる。
Further, hydrogen (H 2 ) supplied at this time
Also, since the temperature of carbon monoxide (CO) is high, it is possible to raise the temperature of the filter 9.

【0052】このようなエンジン1には、該エンジン1
を制御するための電子制御ユニット(ECU:Electron
ic Control Unit)18が併設されている。このECU
18は、エンジン1の運転条件や運転者の要求に応じて
エンジン1の運転状態を制御するユニットである。
In such an engine 1, the engine 1
Electronic control unit (ECU: Electron) for controlling
ic Control Unit) 18 is attached. This ECU
Reference numeral 18 denotes a unit that controls the operating state of the engine 1 according to the operating conditions of the engine 1 and the driver's request.

【0053】ECU18には、各種センサが電気配線を
介して接続され、上記した各種センサの出力信号がEC
U18に入力されるようになっている。また、ECU1
8には、SOFC11を制御するためのFC用ECU2
2が接続されている。
Various sensors are connected to the ECU 18 through electrical wiring, and the output signals of the various sensors described above are EC.
It is designed to be input to U18. Also, the ECU 1
8 is an FC ECU 2 for controlling the SOFC 11.
2 is connected.

【0054】ところで、エンジン1が希薄燃焼運転され
ている場合は、エンジン1から排出される排気の空燃比
がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、
排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)がNOx触媒に吸
蔵されることになるが、エンジン1の希薄燃焼運転が長
期間継続されると、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和
し、排気中の窒素酸化物(NOx)がNOx触媒にて除去
されずに大気中へ放出されてしまう。
By the way, when the engine 1 is in the lean burn operation, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine 1 becomes a lean atmosphere and the oxygen concentration of the exhaust gas becomes high.
Nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas will be stored in the NOx catalyst, but if the lean burn operation of the engine 1 is continued for a long period of time, the NOx storage capacity of the NOx catalyst will be saturated, and Nitrogen oxides (NOx) are released into the atmosphere without being removed by the NOx catalyst.

【0055】特に、エンジン1のようなディーゼル機関
では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気
が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排
気の空燃比がリーン空燃比となるため、NOx触媒のN
Ox吸蔵能力が飽和し易い。尚、ここでリーン空燃比と
は、ディーゼル機関にあっては例えば20乃至50で、
三元触媒ではNOxを浄化できない領域を意味する。
In particular, in a diesel engine such as the engine 1, a lean air-fuel ratio mixture is burned in most operating regions, and accordingly, the exhaust air-fuel ratio becomes lean air-fuel ratio in most operating regions. , N of NOx catalyst
Ox storage capacity is easily saturated. Incidentally, the lean air-fuel ratio here is, for example, 20 to 50 in a diesel engine,
It means a region where the three-way catalyst cannot purify NOx.

【0056】従って、エンジン1が希薄燃焼運転されて
いる場合は、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和する前に
NOx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させると
ともに還元剤の濃度を高め、NOx触媒に吸蔵された窒
素酸化物(NOx)を還元させる必要がある。
Therefore, when the engine 1 is in the lean burn operation, the concentration of oxygen in the exhaust flowing into the NOx catalyst is reduced and the concentration of the reducing agent is increased before the NOx storage capacity of the NOx catalyst is saturated, and NOx is increased. It is necessary to reduce the nitrogen oxides (NOx) stored in the catalyst.

【0057】ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置で
は、フィルタ若しくはNOx触媒に還元剤の供給が必要
となったときには、排気中へ燃料添加をし、または機関
の膨張、排気行程において燃料を噴射する副噴射を行っ
ていた。しかし、これら燃料添加や副噴射では、多量の
燃料を供給する必要があり、燃費の悪化を招いていた。
また、燃料添加においては、水素(H2)及び一酸化炭
素(CO)が直接フィルタ若しくはNOx触媒へ供給さ
れず、更に、ガス化しないとフィルタ等へ均一に供給す
ることが困難となる。このような状態では、還元効率が
低く、やはり多量の燃料供給が必要となる。
Here, in the conventional exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, when it is necessary to supply the reducing agent to the filter or the NOx catalyst, fuel is added to the exhaust gas, or the fuel is expanded in the engine expansion and exhaust strokes. A secondary injection was performed. However, in addition of these fuels and secondary injection, it is necessary to supply a large amount of fuel, resulting in deterioration of fuel efficiency.
In addition, in the fuel addition, hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) are not directly supplied to the filter or the NOx catalyst, and further it is difficult to uniformly supply them to the filter or the like unless they are gasified. In such a state, the reduction efficiency is low, and again a large amount of fuel needs to be supplied.

【0058】そこで、本実施の形態では、SOFCの発
電時に生成される改質燃料をフィルタに供給する。この
ように、SOFCの発電時に生成される改質燃料を使用
することにより、内燃機関の作動状態に関係なくフィル
タへ還元剤を供給することが可能となる。従って、機関
への燃料噴射制御を変更する必要がないため機関の運転
状態を悪化させることもない。また、水素(H2)及び
一酸化炭素(CO)等の還元力の強いガスをフィルタへ
供給することが可能となる。このときの水素(H2)及
び一酸化炭素(CO)等は、ガス化しているためフィル
タへ均一に還元剤を供給することが可能である。このよ
うに、SOFCの発電時に生成される改質燃料を還元剤
として用いることにより、燃費の悪化を抑制することが
可能となる。
Therefore, in the present embodiment, the reformed fuel generated at the time of SOFC power generation is supplied to the filter. As described above, by using the reformed fuel generated during the SOFC power generation, it becomes possible to supply the reducing agent to the filter regardless of the operating state of the internal combustion engine. Therefore, since it is not necessary to change the fuel injection control to the engine, the operating condition of the engine is not deteriorated. Further, it becomes possible to supply a gas having a strong reducing power such as hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) to the filter. Since hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) at this time are gasified, it is possible to uniformly supply the reducing agent to the filter. As described above, by using the reformed fuel generated during the SOFC power generation as the reducing agent, it is possible to suppress the deterioration of fuel efficiency.

【0059】次に、本実施の形態による還元剤供給制御
のフローについて説明する。
Next, the flow of the reducing agent supply control according to this embodiment will be described.

【0060】図2は、本実施の形態による還元剤供給制
御のフローを示したフローチャート図である。
FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the reducing agent supply control according to this embodiment.

【0061】ステップS101では、フィルタ9の還元
処理が必要であるか否か判定する。判定には、フィルタ
9下流に排気中のNOx濃度を検出するNOxセンサ(図
示省略)を設け、NOx濃度が所定値以上となった場合
にフィルタ9の還元処理が必要であるとしても良い。こ
れは、フィルタ9のNOx吸蔵量が増加すると、フィル
タ9に吸蔵されないで通過してしまうNOxが増加し、
該フィルタ9下流のNOx濃度が高くなることによる。
判定として用いる所定値は、予め実験等により求めてお
く。また、車両の走行距離が所定距離以上となったこと
や、エンジン1の運転時間が所定時間以上になったこと
や、噴射量の累積値が所定値以上になったこと等により
NOxの吸蔵量を推定しても良い。
In step S101, it is determined whether the reduction process of the filter 9 is necessary. For the determination, a NOx sensor (not shown) that detects the NOx concentration in the exhaust gas may be provided downstream of the filter 9, and the reduction process of the filter 9 may be necessary when the NOx concentration becomes a predetermined value or more. This is because when the NOx storage amount of the filter 9 increases, the NOx that passes through the filter 9 without being stored increases.
This is because the NOx concentration downstream of the filter 9 becomes high.
The predetermined value used for the determination is obtained in advance by experiments or the like. In addition, the NOx occlusion amount is due to the vehicle traveling distance being a predetermined distance or more, the operating time of the engine 1 being a predetermined time or more, the cumulative value of the injection amount being a predetermined value or more. May be estimated.

【0062】ステップS101で肯定判定がなされた場
合にはステップS102へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合には本ルーチンを終了させる。
If an affirmative judgment is made in step S101, the routine proceeds to step S102, while if a negative judgment is made, this routine is ended.

【0063】ステップS102では、フィルタ9の床温
が所定温度以上になったか否かを判定する。触媒の温度
は、フィルタ9に設けられたフィルタ温度センサ23に
より求めることができる。また、ヒータ10の通電電流
とバッテリ4の電圧とからヒータ10の電気抵抗を求め
て、予め求めておいたヒータ10の抵抗とヒータ10温
度とのマップによりヒータ10温度を求めても良い。更
に、ヒータ10の通電時間から推定しても良い。このと
きの所定温度とは、例えば250℃である。
In step S102, it is determined whether or not the bed temperature of the filter 9 has exceeded a predetermined temperature. The temperature of the catalyst can be obtained by the filter temperature sensor 23 provided in the filter 9. Alternatively, the electric resistance of the heater 10 may be obtained from the energization current of the heater 10 and the voltage of the battery 4, and the heater 10 temperature may be obtained from a map of the resistance of the heater 10 and the heater 10 temperature which is obtained in advance. Further, it may be estimated from the energization time of the heater 10. The predetermined temperature at this time is 250 ° C., for example.

【0064】ステップS102で肯定判定がなされた場
合にはステップS103へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合にはステップS104へ進む。
If an affirmative decision is made in step S102, the operation proceeds to step S103, while if a negative decision is made, the operation proceeds to step S104.

【0065】ステップS103では、フィルタ9の上流
にSOFC11で生成された改質燃料が供給される。E
CU18は、FC用ECU22へ信号を送りSOFC1
1を作動させると共に、遮断弁20を開弁させて改質燃
料をフィルタ9の上流へ供給する。
In step S103, the reformed fuel generated by the SOFC 11 is supplied upstream of the filter 9. E
The CU 18 sends a signal to the FC ECU 22 to send the SOFC1
1 is operated and the shutoff valve 20 is opened to supply the reformed fuel upstream of the filter 9.

【0066】ステップS104では、フィルタ9をヒー
タ10で加熱する。ヒータ10で加熱することにより吸
蔵還元型NOx触媒をNOxの放出に必要となる温度まで
上昇させる。
In step S104, the filter 9 is heated by the heater 10. By heating with the heater 10, the NOx storage reduction catalyst is raised to a temperature required for releasing NOx.

【0067】ステップS105では、還元処理終了条件
が成立したか否か判定される。ここで、還元処理終了条
件とは、フィルタ9下流に設けられたNOxセンサから
得られる排気中のNOx濃度が所定値以下となった、ま
たは所定の時間改質燃料がフィルタ9に供給された等に
よるもので、吸蔵還元型NOx触媒の還元能力が回復し
たことを示している。
In step S105, it is determined whether or not the return processing termination condition is satisfied. Here, the reduction process termination condition means that the NOx concentration in the exhaust gas obtained from the NOx sensor provided downstream of the filter 9 is equal to or lower than a predetermined value, or the reformed fuel is supplied to the filter 9 for a predetermined time. This indicates that the reduction ability of the NOx storage reduction catalyst has been restored.

【0068】ステップS106では、還元剤の供給が停
止される。ECU18は、遮断弁20を閉弁して、改質
燃料の供給を停止する。発電する必要がない場合には、
FC用ECU22に信号を送りSOFC11の作動も同
時に停止させる。
In step S106, the supply of the reducing agent is stopped. The ECU 18 closes the shutoff valve 20 to stop the supply of the reformed fuel. If you don't need to generate electricity,
A signal is sent to the FC ECU 22 to stop the operation of the SOFC 11 at the same time.

【0069】このようにして、フィルタ9へ還元剤たる
改質燃料を供給することが可能となる。
In this way, it becomes possible to supply the reforming fuel as the reducing agent to the filter 9.

【0070】また、改質燃料の供給により、吸蔵還元型
NOx触媒からのNOxの放出に限らず、SOx被毒解消
時に還元剤を供給することやSOx被毒解消時及びPM
除去時にフィルタ9の昇温を行うことも可能である。
Further, the supply of the reformed fuel is not limited to the release of NOx from the NOx storage reduction catalyst, but a reducing agent may be supplied when SOx poisoning is eliminated, or when SOx poisoning is eliminated and PM is eliminated.
It is also possible to raise the temperature of the filter 9 during the removal.

【0071】次に、被毒解消制御について説明する。Next, the poisoning elimination control will be described.

【0072】ここで、エンジン1の燃料には硫黄(S)
が含まれている場合があり、そのような燃料がエンジン
1で燃焼されると、二酸化硫黄(SO2)や三酸化硫黄
(SO3)などの硫黄酸化物(SOx)が生成される。
Here, sulfur (S) is used as the fuel for the engine 1.
When such a fuel is burned in the engine 1, sulfur oxides (SOx) such as sulfur dioxide (SO 2 ) and sulfur trioxide (SO 3 ) are generated.

【0073】硫黄酸化物(SOx)は、排気とともにフ
ィルタ9に流入し、窒素酸化物(NOx)と同様のメカ
ニズムによってフィルタ9に吸蔵される。
The sulfur oxide (SOx) flows into the filter 9 together with the exhaust gas and is stored in the filter 9 by the same mechanism as the nitrogen oxide (NOx).

【0074】具体的には、フィルタ9に流入する排気の
酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄
(SO2)や三酸化硫黄(SO3)等の硫黄酸化物(SO
x)が白金(Pt)の表面上で酸化され、硫酸イオン
(SO4 2-)の形でフィルタ9に吸蔵される。更に、フ
ィルタ9に吸蔵された硫酸イオン(SO4 2-)は、酸化
バリウム(BaO)と結合して硫酸塩(BaSO4)を
形成する。
Specifically, when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 9 is high, the sulfur oxides (SO 2 ) such as sulfur dioxide (SO 2 ) and sulfur trioxide (SO 3 ) in the inflowing exhaust gas are
x) is oxidized on the surface of platinum (Pt) and stored in the filter 9 in the form of sulfate ions (SO 4 2− ). Further, the sulfate ions (SO 4 2− ) stored in the filter 9 combine with barium oxide (BaO) to form a sulfate salt (BaSO 4 ).

【0075】ところで、硫酸塩(BaSO4)は、硝酸
バリウム(Ba(NO32)に比して安定していて分解
し難く、フィルタ9に流入する排気の酸素濃度が低くな
っても分解されずにフィルタ9内に残留してしまう。
By the way, the sulfate (BaSO 4 ) is more stable than barium nitrate (Ba (NO 3 ) 2 ) and difficult to decompose, and is decomposed even when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 9 becomes low. Instead, they remain in the filter 9.

【0076】フィルタ9における硫酸塩(BaSO4
の量が増加すると、それに応じて窒素酸化物(NOx)
の吸蔵に関与することができる酸化バリウム(BaO)
の量が減少するため、フィルタ9のNOx吸蔵能力が低
下する、いわゆるSOx被毒が発生する。
Sulfate (BaSO 4 ) in the filter 9
As the amount of nitrogen increases, nitrogen oxides (NOx) correspondingly increase.
Oxide (BaO) that can be involved in the storage of
Since the amount of NOx is reduced, so-called SOx poisoning occurs in which the NOx storage capacity of the filter 9 is reduced.

【0077】フィルタ9のSOx被毒を解消する方法と
しては、フィルタ9の雰囲気温度をおよそ600乃至6
50℃の高温域まで昇温させるとともに、フィルタ9に
流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、フィル
タ9に吸蔵されている硫酸バリウム(BaSO4)をS
3 -やSO4 -に熱分解し、次いでSO3 -やSO4 -を排気
中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)と反応させ
て気体状のSO2 -に還元する方法を例示することができ
る。
As a method of eliminating SOx poisoning of the filter 9, the ambient temperature of the filter 9 is set to about 600 to 6
By raising the temperature to a high temperature range of 50 ° C. and reducing the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 9, the barium sulfate (BaSO 4 ) stored in the filter 9 is reduced to S.
A method of thermally decomposing into O 3 or SO 4 and then reacting SO 3 or SO 4 with hydrocarbons (HC) or carbon monoxide (CO) in the exhaust gas to reduce to gaseous SO 2 −. Can be illustrated.

【0078】そこで、本実施の形態に係る被毒解消処理
では、ECU18は、先ずフィルタ9の床温を高める触
媒昇温制御を実行した上で、フィルタ9に流入する排気
の酸素濃度を低くするようにした。
Therefore, in the poisoning elimination processing according to the present embodiment, the ECU 18 first executes the catalyst temperature raising control for raising the bed temperature of the filter 9 and then lowers the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 9. I did it.

【0079】触媒昇温制御では、ECU18は、FC用
ECU22へ信号を送りSOFC11を作動させると共
に、遮断弁20を開弁させ、改質燃料を排気中へ添加さ
せることにより、それらをフィルタ9において酸化させ
る。そして、酸化の際に発生する熱によってフィルタ9
の床温を高めることができる。
In the catalyst temperature raising control, the ECU 18 sends a signal to the FC ECU 22 to operate the SOFC 11, and at the same time, opens the shut-off valve 20 to add the reformed fuel to the exhaust gas, so that the filter 9 controls them. Oxidize. The filter 9 is heated by the heat generated during the oxidation.
Can raise the floor temperature.

【0080】上記したような触媒昇温処理によりフィル
タ9の床温が600℃乃至650℃程度の高温域まで上
昇すると、ECU18は、フィルタ9に改質燃料を間欠
的に供給する。
When the bed temperature of the filter 9 rises to a high temperature range of about 600 ° C. to 650 ° C. by the catalyst temperature increasing process as described above, the ECU 18 intermittently supplies the reformed fuel to the filter 9.

【0081】このように被毒解消処理が実行されると、
フィルタ9の床温が高い状況下で、フィルタ9に流入す
る排気の酸素濃度が低くなるため、フィルタ9に吸蔵さ
れている硫酸バリウム(BaSO4)がSO3 -やSO4 -
に熱分解され、それらSO3 -やSO4 -が排気中の炭化水
素(HC)や一酸化炭素(CO)と反応して還元され、
以てフィルタ9のSOx被毒が解消されることになる。
When the poisoning elimination processing is executed in this way,
When the bed temperature of the filter 9 is high, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 9 becomes low, so that barium sulfate (BaSO 4 ) stored in the filter 9 becomes SO 3 or SO 4 −.
Is thermally decomposed into SO 3 and SO 4 −, which are reduced by reacting with hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas,
As a result, SOx poisoning of the filter 9 is eliminated.

【0082】一方、エンジンの運転状態によってはフィ
ルタ9に捕獲されたPMが燃え残って堆積し該フィルタ
9の目詰まりを誘発させる要因となる。このように燃え
残ったPMを効果的に除去する方法の一つとしても前記
燃料添加による昇温制御は有効である。フィルタ9に流
入した改質燃料により活性酸素が放出されることによっ
て、PMが酸化されやすいものに変質し単位時間あたり
の酸化除去可能量が向上する。また、改質燃料添加によ
り、触媒の酸素被毒が除去され、触媒の活性が上がるた
め活性酸素を放出し易くなる。更に、改質燃料の酸化反
応によりフィルタ9の温度が上昇する。そして、活性酸
素によりPMは酸化燃焼され除去される。
On the other hand, depending on the operating condition of the engine, the PM captured by the filter 9 remains unburned and accumulated, which causes the filter 9 to be clogged. As one of the methods for effectively removing the unburned PM, the temperature increase control by the fuel addition is effective. The active oxygen is released by the reformed fuel that has flowed into the filter 9, so that the PM is transformed into a substance that is easily oxidized, and the amount that can be oxidized and removed per unit time is improved. Further, by adding the reforming fuel, oxygen poisoning of the catalyst is removed and the activity of the catalyst is increased, so that active oxygen is easily released. Further, the temperature of the filter 9 rises due to the oxidation reaction of the reformed fuel. Then, PM is oxidatively burned and removed by the active oxygen.

【0083】一方、燃料極11a側からの排気は高温で
あるため、この排気をフィルタ9へ供給することによ
り、フィルタ9を昇温させることができる。ここで、燃
料極11a側からの排気を排出するための通路(図示省
略)の途中から流路切換弁(図示省略)を介してフィル
タ9の上流の排気管8に接続する排気通路を設けること
によりフィルタ9上流へ燃料極11a側からの排気が供
給される。ECU18は、フィルタ9の温度を上昇させ
る必要が生じたときに流路切換弁に信号を送り燃料極1
1a側からの排気をフィルタ9に供給する。
On the other hand, since the exhaust gas from the fuel electrode 11a side has a high temperature, the temperature of the filter 9 can be raised by supplying this exhaust gas to the filter 9. Here, an exhaust passage is provided which is connected to the exhaust pipe 8 upstream of the filter 9 via a flow path switching valve (not shown) in the middle of a passage (not shown) for discharging exhaust from the fuel electrode 11a side. Thus, the exhaust gas from the fuel electrode 11a side is supplied to the upstream side of the filter 9. The ECU 18 sends a signal to the flow path switching valve when it is necessary to raise the temperature of the filter 9 and the fuel electrode 1
Exhaust gas from the 1a side is supplied to the filter 9.

【0084】このようにして、フィルタ9の温度を上昇
させることが可能となる。従って、機関始動前及び機関
始動直後であってもフィルタ9を活性化させることが可
能となり、機関始動直後のエミッションの悪化を抑制す
ることが可能である。また、燃料極11a側からの高温
の排気によりSOx被毒解消時やPM除去時にフィルタ
9の昇温を行うことも可能である。フィルタ9の温度制
御は、改質燃料を供給する場合と同様に行うことが可能
である。
In this way, the temperature of the filter 9 can be raised. Therefore, it is possible to activate the filter 9 even before the engine is started and immediately after the engine is started, and it is possible to suppress the deterioration of the emission immediately after the engine is started. It is also possible to raise the temperature of the filter 9 when SOx poisoning is eliminated or PM is removed by high-temperature exhaust from the fuel electrode 11a side. The temperature control of the filter 9 can be performed as in the case of supplying the reformed fuel.

【0085】ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置で
は、フィルタ若しくは触媒に還元剤の供給が必要となっ
たとき、またはフィルタ若しくは触媒の温度を上昇させ
る必要が生じたときには、排気中へ燃料添加をし、また
は機関の膨張、排気行程において燃料を噴射する副噴射
を行っていた。しかし、これら燃料添加や副噴射では、
多量の燃料を供給する必要があり、燃費の悪化を招いて
いた。また、燃料添加においては、水素(H2)及び一
酸化炭素(CO)が直接フィルタ若しくは触媒へ供給さ
れず、更に、ガス化しないとフィルタ9へ均一に供給す
ることが困難となる。このような状態では、還元効率が
低く、やはり多量の燃料供給が必要となっていた。
In the conventional exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, when it is necessary to supply the reducing agent to the filter or the catalyst, or when it is necessary to raise the temperature of the filter or the catalyst, the fuel is discharged into the exhaust gas. Secondary injection was performed in which fuel was added, or fuel was injected during expansion and exhaust stroke of the engine. However, with these fuel additions and secondary injections,
It was necessary to supply a large amount of fuel, resulting in deterioration of fuel efficiency. Further, in the fuel addition, hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) are not directly supplied to the filter or the catalyst, and further it is difficult to uniformly supply to the filter 9 unless gasified. In such a state, the reduction efficiency is low and it is necessary to supply a large amount of fuel.

【0086】その点、本実施の形態では、SOFC11
の発電時に生成される改質燃料をフィルタ9へ供給する
ことにより、内燃機関の作動状態に関係なくフィルタ9
へ還元剤を供給することが可能となる。従って、機関へ
の燃料噴射制御を変更する必要がないため機関の運転状
態を悪化させることもない。また、水素(H2)及び一
酸化炭素(CO)等の還元力の強いガスをフィルタ9へ
供給することが可能となる。このときの水素(H2)及
び一酸化炭素(CO)等は、ガス化しているためフィル
タ9へ均一に還元剤を供給することが可能である。この
ように、SOFC11の発電時に生成される改質燃料を
還元剤として用いることにより、燃費の悪化を抑制する
ことが可能となる。
In this respect, in this embodiment, the SOFC 11
By supplying the reformed fuel generated at the time of power generation of the filter 9 to the filter 9, regardless of the operating state of the internal combustion engine,
It becomes possible to supply the reducing agent to. Therefore, since it is not necessary to change the fuel injection control to the engine, the operating condition of the engine is not deteriorated. Further, it is possible to supply a gas having a strong reducing power such as hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) to the filter 9. Since hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) at this time are gasified, it is possible to uniformly supply the reducing agent to the filter 9. As described above, by using the reformed fuel generated during the power generation of the SOFC 11 as the reducing agent, it is possible to suppress the deterioration of fuel efficiency.

【0087】更に、SOFC11を用いて発電を行いこ
の電力を用いて補機類を駆動することにより、補機類の
駆動損失を無くし機関効率を向上させることができる。
また、要求出力が同じならば内燃機関の排気量を小さく
することができ、燃費の向上を図ることができる。
Further, the SOFC 11 is used to generate electric power, and the electric power is used to drive the auxiliary machinery, whereby the drive loss of the auxiliary machinery can be eliminated and the engine efficiency can be improved.
Further, if the required output is the same, the displacement of the internal combustion engine can be reduced, and the fuel consumption can be improved.

【0088】また、SOFC11の冷却にエンジン1冷
却水を使用することができるため、該SOFC11のた
めの冷却システムを新たに設ける場合と比較してコスト
を低減することができ、信頼性も向上させることができ
る。 <第2の実施の形態>本実施の形態は、SOFC11の
発電により得られた電力をヒータ10に供給してフィル
タ9の昇温を行う。
Since the cooling water for the engine 1 can be used for cooling the SOFC 11, the cost can be reduced and the reliability can be improved as compared with the case where a cooling system for the SOFC 11 is newly provided. be able to. Second Embodiment In the present embodiment, the electric power obtained by the power generation of the SOFC 11 is supplied to the heater 10 to raise the temperature of the filter 9.

【0089】尚、本実施の形態においては、適用対象と
なるエンジン1やその他ハードウェアの基本構成につい
ては、第1の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
The basic configuration of the engine 1 and other hardware to which the present embodiment is applied is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

【0090】ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置で
は、機関始動直後で触媒の温度が低い場合には排気の浄
化が十分に行われていなかった。これは、触媒が活性化
するにはある程度の温度が必要となるため、この温度に
到達するまでは触媒の浄化能力が低下しているためであ
る。更に、ターボ過給機を備えた直噴ディーゼルエンジ
ン等では、排気温度が低いために触媒が活性化する温度
まで上昇させるには時間を要する。また、このようなエ
ンジンにおいて、吸蔵還元型NOx触媒を備えている場
合には、SOx被毒解消に必要とされる温度まで上昇さ
せることが困難となる。一方、排気中のPMを捕集する
ためのフィルタを備えている場合には、フィルタを高温
にしてPMを燃焼除去させる必要があるが、このような
温度までフィルタの温度を上昇させるのはやはり困難で
ある。
Here, in the conventional exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, exhaust gas is not sufficiently purified when the temperature of the catalyst is low immediately after the engine is started. This is because the catalyst requires a certain temperature to be activated, and the purifying ability of the catalyst is lowered until this temperature is reached. Furthermore, in a direct injection diesel engine or the like equipped with a turbocharger, it takes time to raise the temperature to a temperature at which the catalyst is activated because the exhaust temperature is low. Further, in such an engine, when the NOx storage reduction catalyst is provided, it becomes difficult to raise the temperature to the temperature required for eliminating SOx poisoning. On the other hand, when a filter for collecting PM in exhaust gas is provided, it is necessary to raise the temperature of the filter to burn and remove the PM. However, raising the temperature of the filter to such a temperature is still necessary. Have difficulty.

【0091】また、触媒若しくはフィルタの温度を上昇
させるために、機関からの排気の温度を上昇させる、若
しくは触媒に還元剤を供給する等を行うと、ターボ過給
機を備えた直噴ディーゼルエンジン等では、排気の温度
が低く更に排気の量も多いので、還元剤を多量に消費
し、還元剤に燃料を用いた場合には燃費の悪化を生じ
る。
When the temperature of the exhaust gas from the engine is raised or the reducing agent is supplied to the catalyst in order to raise the temperature of the catalyst or the filter, a direct injection diesel engine equipped with a turbocharger is used. Etc., the temperature of the exhaust gas is low and the amount of the exhaust gas is large, so that the reducing agent is consumed in a large amount, and when fuel is used as the reducing agent, the fuel consumption deteriorates.

【0092】更に、触媒等にヒータを備え、バッテリか
らの電力により該触媒等を加熱することも可能である
が、バッテリの劣化が早くなり早期の交換が必要となっ
てしまう。また、バッテリの容量を大きくする必要があ
り車両への搭載が困難となる。更に、発電のための燃料
の消費により燃費が悪化する虞が生じる。
Further, it is possible to provide a heater for the catalyst and the like to heat the catalyst and the like by the electric power from the battery, but the deterioration of the battery is accelerated and early replacement is required. Further, it is necessary to increase the capacity of the battery, which makes it difficult to mount the battery on a vehicle. Further, fuel consumption may deteriorate due to consumption of fuel for power generation.

【0093】そこで、本実施の形態では、フィルタに電
気ヒータを備え、このヒータにSOFCで発生した電力
を供給して発熱させフィルタの昇温を行う。ここで、S
OFCでの発電は、一般的に車両に搭載されているオル
タネータ(発電機)よりも効率が高い。従って、燃費の
悪化を抑制することが可能となる。また、機関停止時に
も発電することが可能なのでバッテリの容量を大きくす
る必要もない。更に、機関運転状態によらずフィルタの
温度を上昇させることができる。従って、機関始動前か
らフィルタ9の昇温が可能となる。また、機関運転状態
に影響を与えることもない。触媒の温度を上昇させて効
率を高めることができるので触媒の容量を小さくするこ
とができ、小型化及び触媒貴金属使用量の低減を図るこ
とができる。
Therefore, in the present embodiment, the filter is equipped with an electric heater, and the electric power generated by the SOFC is supplied to this heater to generate heat to raise the temperature of the filter. Where S
Power generation by OFC is generally more efficient than an alternator (generator) mounted on a vehicle. Therefore, it is possible to suppress deterioration of fuel efficiency. Further, since it is possible to generate power even when the engine is stopped, it is not necessary to increase the capacity of the battery. Further, the temperature of the filter can be raised regardless of the engine operating state. Therefore, the temperature of the filter 9 can be raised before the engine is started. Further, it does not affect the engine operating state. Since the efficiency of the catalyst can be increased by raising the temperature of the catalyst, the capacity of the catalyst can be reduced, the size can be reduced, and the amount of the precious metal used for the catalyst can be reduced.

【0094】次に、本実施の形態による、機関始動時に
予め触媒を昇温させておくための触媒昇温制御について
説明する。
Next, the catalyst temperature raising control for raising the temperature of the catalyst in advance when the engine is started according to the present embodiment will be described.

【0095】図3は、機関始動時に予め触媒を昇温させ
ておくためのフローを示したフローチャート図である。
FIG. 3 is a flow chart showing a flow for raising the temperature of the catalyst in advance when the engine is started.

【0096】ステップS201では、運転席側のドア
(図示省略)が開かれたか否か判定する。本制御実行開
始条件となるトリガー信号には、例えば、ドア開閉セン
サ(図示省略)が発信する運転席側のドアの開閉信号を
用いる。車両運転者が、車両に搭載されたエンジン1を
始動するには、その前に車両のドアを開いて乗車する動
作が当然に伴う。そこで、車両のドアが開けられたと検
知した場合には、ECU18が起動してフィルタ9の昇
温を行い、車両運転者がエンジン1を始動するときには
フィルタ9が活性状態にあるようにする。
In step S201, it is determined whether or not the door (not shown) on the driver's seat side is opened. For the trigger signal which is the condition for starting execution of the control, for example, a door opening / closing signal on the driver's side transmitted by a door opening / closing sensor (not shown) is used. Before the vehicle driver starts the engine 1 mounted on the vehicle, the operation of opening the vehicle door and getting on the vehicle is naturally involved. Therefore, when it is detected that the vehicle door is opened, the ECU 18 is activated to raise the temperature of the filter 9 so that the filter 9 is in an active state when the vehicle driver starts the engine 1.

【0097】ステップS201で肯定判定がなされた場
合にはステップS202へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合には本ルーチンを終了させる。
If an affirmative judgment is made in step S201, the routine proceeds to step S202, while if a negative judgment is made, this routine is ended.

【0098】ステップS202では、SOFC11を起
動させる。ECU18は、FC用ECU22へ信号を送
りSOFC11を起動させて発電を開始させる。
In step S202, the SOFC 11 is activated. The ECU 18 sends a signal to the FC ECU 22 to activate the SOFC 11 and start power generation.

【0099】ステップS203では、ヒータ10へ通電
する。
In step S203, the heater 10 is energized.

【0100】ステップS204では、触媒の床温が所定
温度以上になったか否か判定する。触媒床温は、例え
ば、フィルタ9に設けたフィルタ温度センサ23により
求めることが可能となる。また、ヒータ10の通電電流
とバッテリ4電圧とからヒータ10の電気抵抗を求め
て、予め求めておいたヒータ10抵抗とヒータ10温度
とのマップによりヒータ10温度を求めても良い。更
に、ヒータ10の通電時間から推定しても良い。ここ
で、所定温度とは、例えば250℃である。
In step S204, it is determined whether or not the bed temperature of the catalyst has exceeded a predetermined temperature. The catalyst bed temperature can be obtained by, for example, the filter temperature sensor 23 provided in the filter 9. Further, the electric resistance of the heater 10 may be obtained from the energization current of the heater 10 and the voltage of the battery 4, and the heater 10 temperature may be obtained from the map of the heater 10 resistance and the heater 10 temperature which are obtained in advance. Further, it may be estimated from the energization time of the heater 10. Here, the predetermined temperature is, for example, 250 ° C.

【0101】ステップS204で肯定判定がなされた場
合にはステップS205へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合にはステップS203へ戻る。
If an affirmative decision is made in step S204, the operation proceeds to step S205, while if a negative decision is made, the operation returns to step S203.

【0102】このようにして、機関始動前であってもフ
ィルタ9を昇温させ、吸蔵還元型NOx触媒を活性化す
ることが可能となる。
In this way, it becomes possible to raise the temperature of the filter 9 and activate the NOx storage reduction catalyst even before the engine is started.

【0103】次に、吸蔵還元型NOx触媒のSOx被毒を
解消するときに必要となる昇温制御について説明する。
Next, the temperature rise control required for eliminating SOx poisoning of the NOx storage reduction catalyst will be described.

【0104】図4は、フィルタ9昇温時の制御フローを
示したフローチャート図である。
FIG. 4 is a flow chart showing the control flow when the temperature of the filter 9 is raised.

【0105】ステップS301では、フィルタ9の再生
(SOx被毒解消)処理が必要であるか否か判定する。
判定には、フィルタ9下流に排気中のNOx濃度を検出
するNOxセンサ(図示省略)を設け、NOx濃度が所定
値以上となった場合にフィルタ9の再生処理が必要であ
るとしても良い。これは、フィルタ9に吸蔵されたSO
x量が増加すると、フィルタ9に吸蔵されないで通過し
てしまうNOxが増加し、該フィルタ9下流のNOx濃度
が高くなることによる。判定として用いる所定値は、予
め実験等により求めておく。また、車両の走行距離が所
定距離以上となったことや、エンジン1の運転時間が所
定時間以上になった等によりSOxの吸蔵量を推定して
も良い。
In step S301, it is determined whether the filter 9 regeneration (SOx poisoning elimination) process is necessary.
For the determination, a NOx sensor (not shown) that detects the NOx concentration in the exhaust gas may be provided downstream of the filter 9, and the regeneration process of the filter 9 may be necessary when the NOx concentration becomes equal to or higher than a predetermined value. This is the SO stored in the filter 9.
This is because when the amount of x increases, the amount of NOx that passes through the filter 9 without being stored increases, and the NOx concentration downstream of the filter 9 increases. The predetermined value used for the determination is obtained in advance by experiments or the like. Further, the storage amount of SOx may be estimated when the traveling distance of the vehicle is equal to or greater than a predetermined distance, the operating time of the engine 1 is equal to or greater than a predetermined time, or the like.

【0106】ステップS301で肯定判定がなされた場
合にはステップS302へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合には本ルーチンを終了させる。
If an affirmative decision is made in step S301, the operation proceeds to step S302, while if a negative decision is made, this routine is ended.

【0107】ステップS302では、SOFC11を起
動させる。ECU18は、FC用ECU22へ信号を送
りSOFC11を起動させて発電を開始させる。
In step S302, the SOFC 11 is activated. The ECU 18 sends a signal to the FC ECU 22 to activate the SOFC 11 and start power generation.

【0108】ステップS303では、ヒータ10へ通電
する。
In step S303, the heater 10 is energized.

【0109】ステップS304では、触媒の床温が所定
温度以上になったか否か判定する。触媒床温は、例え
ば、フィルタ9に設けた温度センサ(図示省略)により
求めることが可能となる。また、ヒータ10の通電電流
とバッテリ4電圧とからヒータ10の電気抵抗を求め
て、予め求めておいたヒータ10抵抗とヒータ10温度
とのマップによりヒータ10温度を求めても良い。更
に、ヒータ10の通電時間から推定しても良い。ここ
で、所定温度とは、例えば500℃である。
In step S304, it is determined whether the bed temperature of the catalyst has reached a predetermined temperature or higher. The catalyst bed temperature can be obtained, for example, by a temperature sensor (not shown) provided in the filter 9. Further, the electric resistance of the heater 10 may be obtained from the energization current of the heater 10 and the voltage of the battery 4, and the heater 10 temperature may be obtained from the map of the heater 10 resistance and the heater 10 temperature which are obtained in advance. Further, it may be estimated from the energization time of the heater 10. Here, the predetermined temperature is, for example, 500 ° C.

【0110】ステップS204で肯定判定がなされた場
合にはステップS305へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合にはステップS303へ戻る。
If an affirmative decision is made in step S204, the operation proceeds to step S305, while if a negative decision is made, the operation returns to step S303.

【0111】このようにして、SOx被毒解消に必要と
なる温度までフィルタ9を昇温させることが可能とな
る。この後、排気中の酸素濃度を低下させることにより
吸蔵還元型NOx触媒の再生が行われる。
In this way, it becomes possible to raise the temperature of the filter 9 to the temperature required for eliminating SOx poisoning. Thereafter, the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced to regenerate the NOx storage reduction catalyst.

【0112】尚、本実施の形態においては、触媒再生時
の昇温制御について説明したが、フィルタ9に捕集され
たPMを除去するPM再生時の昇温制御についても適用
することができる。この場合、ステップS301におい
ては、フィルタ9のPM再生処理が必要であるか否か判
定する。判定には、フィルタ9上流及び下流の排気の圧
力差を測定する差圧センサ(図示省略)を設け、この出
力信号に基づいてフィルタ9に捕集されたPMの量を判
定しても良い。他にも、例えば、フィルタ9前圧(フィ
ルタ9上流の背圧)や吸入空気量の減少によりPMの捕
集量を判定することが可能である。
In the present embodiment, the temperature rise control during catalyst regeneration has been described, but the temperature rise control during PM regeneration for removing the PM trapped in the filter 9 can also be applied. In this case, in step S301, it is determined whether the PM regeneration process of the filter 9 is necessary. For the determination, a differential pressure sensor (not shown) that measures the pressure difference between the exhaust gas upstream and downstream of the filter 9 may be provided, and the amount of PM trapped in the filter 9 may be determined based on this output signal. In addition, it is possible to determine the amount of trapped PM by, for example, reducing the front pressure of the filter 9 (back pressure upstream of the filter 9) or the intake air amount.

【0113】判定として用いる所定値は、予め実験等に
より求めておく。また、車両の走行距離が所定距離以上
となったことや、エンジン1の運転時間が所定時間以上
になった等によりPMの捕集量を推定しても良い。
The predetermined value used for the determination is previously obtained by experiments or the like. Alternatively, the amount of collected PM may be estimated based on that the traveling distance of the vehicle is equal to or greater than a predetermined distance, the operating time of the engine 1 is equal to or greater than a predetermined time, or the like.

【0114】このようにしてフィルタ9を昇温させPM
を燃焼除去させることが可能となる。 <その他>前述の第1及び第2の実施の形態では、フィ
ルタ9及び該フィルタ9に担持された吸蔵還元型NOx
触媒について説明したが、これに代えて酸化機能を有す
る排気浄化触媒を昇温させる場合に適用しても良い。
In this way, the temperature of the filter 9 is raised and PM
It is possible to burn and remove. <Others> In the first and second embodiments described above, the filter 9 and the NOx storage reduction type carried by the filter 9 are used.
Although the catalyst has been described, it may be applied instead of this in the case of raising the temperature of the exhaust purification catalyst having an oxidizing function.

【0115】また、第1及び第2の実施の形態では、燃
料電池内部で燃料の改質が可能な固体酸化物型燃料電池
を用いる例について説明したが、これに代えて他の種類
の燃料電池、例えば高分子型燃料電池等を用いても良
い。この場合、燃料の改質手段を備えず、水素を貯留可
能な手段を別途設けて、水素を直接燃料電池及び排気浄
化触媒等に供給するようにしても良い。また、内燃機関
運転用の燃料やメタノール、天然ガス等を水素に改質す
る改質器を別途設けて燃料電池及び排気浄化触媒等に水
素を供給するようにしても良い。
Further, in the first and second embodiments, the example of using the solid oxide fuel cell capable of reforming the fuel inside the fuel cell has been described, but instead of this, another type of fuel is used. A battery such as a polymer fuel cell may be used. In this case, the fuel reforming means may not be provided, and a means capable of storing hydrogen may be separately provided so that the hydrogen is directly supplied to the fuel cell, the exhaust purification catalyst and the like. Further, a reformer for reforming fuel for operating the internal combustion engine, methanol, natural gas, or the like into hydrogen may be separately provided to supply hydrogen to the fuel cell, the exhaust purification catalyst, or the like.

【0116】[0116]

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置で
は、内燃機関の運転状態によらず、また、運転状態を悪
化させることなく燃料電池で発電のために用いる気体状
の燃料を排気浄化触媒へ供給することができる。この燃
料は気体状であるため、該排気浄化触媒全体へ均一に供
給することができる。また、気体状の燃料は触媒上で還
元力の強い還元剤として作用するため、燃料の消費を少
量に抑えることができる。従って、燃料電池の燃料に、
内燃機関の運転に用いられる燃料を用いた場合には、燃
費を向上させることができる。
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the gaseous fuel used for power generation in the fuel cell is purified by the exhaust gas regardless of the operating state of the internal combustion engine and without deteriorating the operating state. It can be fed to the catalyst. Since this fuel is gaseous, it can be uniformly supplied to the entire exhaust purification catalyst. Further, since the gaseous fuel acts as a reducing agent having a strong reducing power on the catalyst, the fuel consumption can be suppressed to a small amount. Therefore, in the fuel of the fuel cell,
When the fuel used for operating the internal combustion engine is used, fuel consumption can be improved.

【0117】また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置では、燃料電池が発電を行うときに排出される燃料極
からの排気を触媒に供給することにより、内燃機関の運
転状態によらず該触媒を昇温させることができる。更
に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、燃料電
池から得られる電気エネルギをヒータへ供給することに
より、機関始動前から該触媒の温度を上昇させることが
でき、機関始動後は運転状態によらず該触媒の温度を上
昇若しくは維持させることができる。従って、触媒の排
気浄化率を上昇させることができ、排気エミッション悪
化を抑制することができる。
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the exhaust gas from the fuel electrode, which is discharged when the fuel cell performs power generation, is supplied to the catalyst so that the exhaust gas can be discharged regardless of the operating state of the internal combustion engine. The temperature of the catalyst can be raised. Further, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the temperature of the catalyst can be raised before the engine is started by supplying the electric energy obtained from the fuel cell to the heater, and the operating state after the engine is started. The temperature of the catalyst can be raised or maintained regardless of the temperature. Therefore, the exhaust gas purification rate of the catalyst can be increased and the exhaust emission deterioration can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄
化装置を適用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す
概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an engine to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied and an intake / exhaust system thereof.

【図2】 第1の実施の形態による還元剤供給制御のフ
ローを示したフローチャート図である。
FIG. 2 is a flowchart showing a flow of reducing agent supply control according to the first embodiment.

【図3】 機関始動時に予め触媒を昇温させておくため
のフローを示したフローチャート図である。
FIG. 3 is a flowchart showing a flow for raising the temperature of the catalyst in advance when the engine is started.

【図4】 フィルタ昇温時の制御フローを示したフロー
チャート図である。
FIG. 4 is a flowchart showing a control flow when the temperature of the filter is raised.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・エンジン 2・・・・燃料供給管 3・・・・燃料ポンプ 4・・・・バッテリ 5・・・・燃料タンク 6・・・・吸気管 7・・・・遠心過給機 8・・・・排気管 9・・・・パティキュレートフィルタ 10・・・ヒータ 11・・・燃料電池(SOFC) 12・・・FC用燃料ポンプ 13・・・冷却水通路 14・・・電動ウォータポンプ 15・・・ヒータコア 16・・・空気ポンプ 17・・・空気供給通路 18・・・ECU 19・・・補機類 20・・・遮断弁 21・・・還元剤供給通路 22・・・FC用ECU 23・・・フィルタ温度センサ 1 ... Engine 2 ... Fuel supply pipe 3 ... Fuel pump 4 ... Battery 5 ... Fuel tank 6 ... Intake pipe 7 ... Centrifugal turbocharger 8 ... Exhaust pipe 9 ... Particulate filter 10 ... Heater 11 ... Fuel cell (SOFC) 12 ... FC fuel pump 13 ... Cooling water passage 14 ... Electric water pump 15: Heater core 16 ... Air pump 17 ... Air supply passage 18 ... ECU 19 ... Auxiliary equipment 20 ... Shut-off valve 21 ... Reductant supply passage 22 ... FC ECU 23 ... Filter temperature sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 9/00 H01M 8/00 ZABZ H01M 8/00 ZAB 8/06 G 8/06 8/12 // H01M 8/12 B01D 53/36 103B Fターム(参考) 3G091 AA02 AA10 AA18 AB06 AB13 AB14 BA03 BA04 BA11 BA14 CA03 CA18 CA19 CB08 DB10 EA15 EA18 HA14 4D048 AA06 AA18 AB01 BB02 CC53 CD05 DA02 DA08 DA13 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 DD00 MM08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) F01N 9/00 H01M 8/00 ZABZ H01M 8/00 ZAB 8/06 G 8/06 8/12 // H01M 8/12 B01D 53/36 103B F term (reference) 3G091 AA02 AA10 AA18 AB06 AB13 AB14 BA03 BA04 BA11 BA14 CA03 CA18 CA19 CB08 DB10 EA15 EA18 HA14 4D048 AA06 AA18 AB01 BB02 CC53 CD05 DA02 DA08 DA13 5H027 A06 5H027 A06 5H027 AA06 5H027 A06

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】内燃機関からの排気を浄化する排気浄化触
媒と、 燃料が酸化される際に発生する化学エネルギを電気エネ
ルギとして取り出す燃料電池と、 前記燃料電池及び前記排気浄化触媒に気体状の燃料を供
給する燃料供給手段と、を備えたことを特徴とする内燃
機関の排気浄化装置。
1. An exhaust purification catalyst for purifying exhaust gas from an internal combustion engine, a fuel cell for taking out chemical energy generated when fuel is oxidized as electrical energy, and a gaseous state for the fuel cell and the exhaust purification catalyst. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: a fuel supply unit that supplies fuel.
【請求項2】内燃機関からの排気を浄化する排気浄化触
媒と、 燃料が酸化される際に発生する化学エネルギを電気エネ
ルギとして取り出す燃料電池と、 前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給手段と、 前記燃料電池の燃料極側からの排気を前記排気浄化触媒
に供給する燃料極側排気供給手段と、を備えたことを特
徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. An exhaust gas purification catalyst for purifying exhaust gas from an internal combustion engine, a fuel cell for taking out chemical energy generated when fuel is oxidized as electric energy, and a fuel supply means for supplying fuel to the fuel cell. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: a fuel electrode side exhaust gas supply means for supplying exhaust gas from the fuel electrode side of the fuel cell to the exhaust gas purification catalyst.
【請求項3】燃料を改質する燃料改質手段を備え、前記
燃料供給手段は、燃料改質手段により改質された燃料を
供給することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃
機関の排気浄化装置。
3. The internal combustion engine according to claim 1, further comprising fuel reforming means for reforming the fuel, wherein the fuel supply means supplies the fuel reformed by the fuel reforming means. Exhaust gas purification device for engines.
【請求項4】内燃機関からの排気を浄化する排気浄化触
媒と、 燃料が酸化される際に発生する化学エネルギを電気エネ
ルギとして取り出す燃料電池と、 前記燃料電池により取り出された電気エネルギを供給さ
れて前記排気浄化触媒を加熱するヒータと、を備えたこ
とを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. An exhaust gas purification catalyst for purifying exhaust gas from an internal combustion engine, a fuel cell for taking out chemical energy generated when fuel is oxidized as electric energy, and electric energy taken out by the fuel cell. And a heater for heating the exhaust gas purification catalyst, and an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
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