内燃机的废气净化系统技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种内燃机的废气净化系统，其是将催化转换器和GPF串联配置于废气通路中的废气净化系统，能够抑制系统整体的压力损失的增加、同时能够发挥出优异的废气净化性能。废气净化系统(2)具备：LAF传感器(51)，其设于废气管(3)，生成与废气的空燃比对应的信号；上游催化转换器(31)，其设于LAF传感器(51)的检测位置的下游侧，具有净化废气的催化剂；O2传感器(52)，其设于上游催化转换器(31)的下游侧，生成与废气的空燃比对应的信号；GPF(32)，其设于O2传感器(52)的检测位置的下游侧，捕捉并净化废气中的颗粒状物质；以及ECU(6)，其使用LAF传感器(51)的输出信号KACT和O2传感器(52)的输出信号VO2，按照流入到GPF(32)中的废气的空燃比收敛到设定在化学计量附近的后段目标值的方式来操作发动机(1)中的混合气的空燃比。GPF(32)具备过滤器基材、以及负载于过滤器基材的隔壁的下游TWC。下游TWC包含至少含Rh的催化剂金属、以及具有氧吸藏释放能力且在晶体结构中具有Nd和Pr的复合氧化物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】内燃机的废气净化系统
技术介绍
以往，在搭载于汽车等的汽油发动机中，从提高燃烧效率等方面出发，采用了直喷汽油发动机。但是，利用该直喷汽油发动机会生成颗粒状物质(ParticulateMatter，下文中称为“PM”)，因而随着近年来排出管制的增强，进行了在汽油发动机的废气通路中设置捕捉PM的废气净化过滤器(GasolineParticulateFilter(下文中有时使用“GPF”的简称)的技术的研究。另外，在汽油发动机的废气通路中，为了净化废气中含有的CO、HC和NOx，设置了将三元催化剂(下文中有时使用“TWC”的简称)负载于蜂窝支撑体而构成的催化转换器。特别是近年来，为了满足所要求的净化性能，在废气通路中串联配置多个催化转换器。因此，从压力损失和成本的方面出发，除了这些多个催化转换器以外还在废气通路中新增设GPF的技术是不优选的。因此有人提出了一种通过在GPF的过滤器基材中负载TWC而在过滤器基材所具有的PM捕捉功能的基础上还赋予由TWC带来的三元净化功能的技术(例如，参见专利文献1)。利用该技术，通过将GPF与TWC一体化，预计能够解决压力损失和成本的问题。即，通过对GPF赋予TWC的功能，能够与之相当地减少应设于废气通路中的催化转换器的数量，因而能够抑制废气净化系统整体的压力损失和成本的增加，是合理的。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特表2013-500857号公报此处，对于在废气通路中串联配置催化转换器和GPF的废气净化系统的课题进行了详细研究。若像上述那样对GPF赋予TWC的功能，则预计能够与之相当地减少为了达成所要求的废气净化性能所需要的TWC的数量。但是，对于GPF中使用的过滤器基材来说，为了确保PM捕捉功能，与催化转换器中使用的蜂窝支撑体不同地设置封孔。因此，GPF的过滤器基材即使不负载TWC压力损失也高，无法像蜂窝支撑体那样负载较多的TWC。即，不能将被赋予了TWC的功能的GPF简单地作为催化转换器的代替品。因此，在串联配置了催化转换器和GPF的废气净化系统中，为了确保系统整体的废气净化性能，只得在GPF的过滤器基材中负载大量的TWC，这样则可能会使系统整体的压力损失增加。若像这样在GPF的过滤器基材中负载TWC，则难以兼顾压力损失和废气净化性能。因此，希望开发出适于过滤器基材的TWC。例如在专利文献1的技术中，在使用含有Rh作为催化剂金属的TWC的情况下，特别是NOx净化性能有可能会大幅降低。例如，作为具有优异的三元净化功能的TWC，已知有Rh层和Pd层的2层结构，但若在GPF的过滤器基材中负载这样的2层结构的TWC，则会招致很大的压力损失。因此可以考虑在过滤器基材中负载将Rh与Pd混合得到的单层结构的TWC。但是，在这种情况下，为了抑制Pd的劣化和提高NOx吸附性能而通常添加到Pd层中的Ba会接触或接近Rh。于是，Rh由于Ba的给电子作用而被氧化形成氧化物，Rh的NOx还原能力降低，结果具有利用GPF无法实现那么高的NOx净化性能的问题。本专利技术是鉴于上述情况而进行的，其目的在于提供一种内燃机的废气净化系统，其是将催化转换器和GPF串联配置于废气通路中的废气净化系统，能够抑制系统整体的压力损失的增加、同时能够发挥出优异的废气净化性能。
技术实现思路
(1)内燃机(例如后述的发动机1)的废气净化系统(例如后述的废气净化系统2)具备：第1空燃比传感器(例如后述的LAF传感器51)，其设于上述内燃机的废气通路(例如后述的废气管3)，生成与废气的空燃比对应的信号；上游催化转换器(例如后述的上游催化转换器31)，其设于上述废气通路中的上述第1空燃比传感器的检测位置的下游侧，具有净化废气的催化剂；第2空燃比传感器(例如后述的O2传感器52)，其设于上述废气通路中的上述上游催化转换器的下游侧，生成与废气的空燃比对应的信号；下游过滤器(例如后述的GPF32)，其设于上述废气通路中的上述第2空燃比传感器的检测位置的下游侧，捕捉并净化废气中的颗粒状物质；以及空燃比控制器(例如后述的ECU6)，其使用上述第1空燃比传感器的输出信号和上述第2空燃比传感器的输出信号，按照流入到上述下游过滤器中的废气的空燃比收敛到设定在化学计量(即完全燃烧反应中的化学计量比)附近的后段目标值的方式来操作由上述内燃机燃烧的混合气的空燃比。上述下游过滤器具备过滤器基材、以及下游三元催化剂(例如后述的TWC33,33a,33b)，该过滤器基材中，从废气的流入侧端面延伸到流出侧端面的多个孔道由多孔质的隔壁划分形成、且这些孔道的流入侧端面的开口与流出侧端面的开口被交错地封孔，该下游三元催化剂被负载于上述隔壁；上述下游三元催化剂包含至少含Rh的催化剂金属、以及具有氧吸藏释放能力的OSC材；上述下游三元催化剂的OSC材包含在晶体结构中具有Nd和Pr的复合氧化物；上述上游催化转换器具备蜂窝基材、以及上游三元催化剂，该蜂窝基材中，从废气的流入侧端面延伸到流出侧端面的多个孔道由多孔质的隔壁划分形成，该上游三元催化剂被负载于上述蜂窝基材的隔壁；上述上游三元催化剂包含催化剂金属、以及具有氧吸藏释放能力的OSC材；上述过滤器基材中每单位体积的OSC材的含量比上述蜂窝基材中每单位体积的OSC材的含量少。(2)这种情况下，优选上述空燃比控制器具备前段空燃比设定单元、以及操作量决定单元，该前段空燃比设定单元按照上述第2空燃比传感器的输出信号收敛到上述后段目标值的方式设定相对于上述第1空燃比传感器的输出信号的前段目标值，该操作量决定单元按照上述第1空燃比传感器的输出信号达到上述前段目标值的方式决定用于操作由上述内燃机燃烧的混合气的空燃比的操作量。(3)这种情况下，优选上述过滤器基材的隔壁的厚度大于上述蜂窝基材的隔壁的厚度，上述过滤器基材的隔壁的气孔率高于上述蜂窝基材的隔壁的气孔率，上述过滤器基材中形成的孔道的总数少于上述蜂窝基材中形成的孔道的总数。(4)这种情况下，优选上述过滤器基材的隔壁的平均细孔径为15μm以上，上述下游三元催化剂在粒度分布中从小粒径侧起的累积分布为90％时的粒径D90是5μm以下。(5)这种情况下，优选上述下游三元催化剂包含Rh和Pd作为上述催化剂金属、且以这些Rh和Pd混合的状态被负载于上述过滤器基材的隔壁内的细孔内表面。(6)这种情况下，优选上述下游三元催化剂以不含Ba的方式来构成。(7)这种情况下，优选上述下游三元催化剂的复合氧化物中含有的Nd和Pr的总含量为10质量％以上。专利技术的效果(1)在本专利技术中，在使废气通过多孔质的隔壁来捕捉废气中的颗粒状物质的所谓壁流式GPF中，使负载于隔壁的下游三元催化剂包含：至少含Rh的催化剂金属、以及具有氧吸藏释放能力(OxygenStorageCapacity)的OSC材(该OSC材包含在其晶体结构中具有Nd和Pr的复合氧化物)来构成。此处，在能够结合在具有氧吸藏释放能力的复合氧化物的晶体结构中的元素之中，如下文详细说明，Nd和Pr具有酸点的量多的特性。因此，在晶体结构中具有Nd和Pr的复合氧化物由于酸点的量多因而HC吸附能力高，在HC和水的存在下进行的水蒸气重整反应可效率良好地进行。这样，由于该水蒸气重整反应的进行而生成氢，在所生成的氢的作用下，构成下游三元催化剂的Rh的氧化物化受到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机的废气净化系统，其具备：第1空燃比传感器，其设于内燃机的废气通路，生成与废气的空燃比对应的信号，上游催化转换器，其设于所述废气通路中的所述第1空燃比传感器的检测位置的下游侧，具有净化废气的催化剂，第2空燃比传感器，其设于所述废气通路中的所述上游催化转换器的下游侧，生成与废气的空燃比对应的信号，下游过滤器，其设于所述废气通路中的所述第2空燃比传感器的检测位置的下游侧，捕捉并净化废气中的颗粒状物质，以及空燃比控制器，其使用所述第1空燃比传感器的输出信号和所述第2空燃比传感器的输出信号，操作由所述内燃机燃烧的混合气的空燃比，以使得流入到所述下游过滤器中的废气的空燃比收敛到设定在化学计量附近的后段目标值，该内燃机的废气净化系统的特征在于，所述下游过滤器具备过滤器基材以及下游三元催化剂，在该过滤器基材中，从废气的流入侧端面延伸到流出侧端面的多个孔道由多孔质的隔壁划分形成、且这些孔道的流入侧端面的开口与流出侧端面的开口被交错地封孔，该下游三元催化剂被负载于所述隔壁，所述下游三元催化剂包含：至少含Rh的催化剂金属、以及具有氧吸藏释放能力的OSC材，所述下游三元催化剂的OSC材包含：在晶体结构中具有Nd和Pr的复合氧化物，所述上游催化转换器具备蜂窝基材以及上游三元催化剂，在该蜂窝基材中，从废气的流入侧端面延伸到流出侧端面的多个孔道由多孔质的隔壁划分形成，该上游三元催化剂被负载于所述蜂窝基材的隔壁，所述上游三元催化剂包含：催化剂金属以及具有氧吸藏释放能力的OSC材，所述过滤器基材中每单位体积的OSC材的含量比所述蜂窝基材中每单位体积的OSC材的含量少。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种内燃机的废气净化系统，其具备：第1空燃比传感器，其设于内燃机的废气通路，生成与废气的空燃比对应的信号，上游催化转换器，其设于所述废气通路中的所述第1空燃比传感器的检测位置的下游侧，具有净化废气的催化剂，第2空燃比传感器，其设于所述废气通路中的所述上游催化转换器的下游侧，生成与废气的空燃比对应的信号，下游过滤器，其设于所述废气通路中的所述第2空燃比传感器的检测位置的下游侧，捕捉并净化废气中的颗粒状物质，以及空燃比控制器，其使用所述第1空燃比传感器的输出信号和所述第2空燃比传感器的输出信号，操作由所述内燃机燃烧的混合气的空燃比，以使得流入到所述下游过滤器中的废气的空燃比收敛到设定在化学计量附近的后段目标值，该内燃机的废气净化系统的特征在于，所述下游过滤器具备过滤器基材以及下游三元催化剂，在该过滤器基材中，从废气的流入侧端面延伸到流出侧端面的多个孔道由多孔质的隔壁划分形成、且这些孔道的流入侧端面的开口与流出侧端面的开口被交错地封孔，该下游三元催化剂被负载于所述隔壁，所述下游三元催化剂包含：至少含Rh的催化剂金属、以及具有氧吸藏释放能力的OSC材，所述下游三元催化剂的OSC材包含：在晶体结构中具有Nd和Pr的复合氧化物，所述上游催化转换器具备蜂窝基材以及上游三元催化剂，在该蜂窝基材中，从废气的流入侧端面延伸到流出侧端面的多个孔道由多孔质的隔壁划分形成，该上游三元催化剂被负载于所述蜂窝基材的隔壁，所述上游三元催化剂包含：催化剂金属以及具有氧吸藏释放能力的OSC材，所述过滤器基材中每单位体积的O...

【专利技术属性】
技术研发人员：大塚真一郎，片山研治，增满仙考，山田亮子，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP