JP2008101602A - 排ガス浄化装置、排ガス浄化方法、および微粒子測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 排ガス浄化装置は、ディーゼルエンジンの排気ラインに設置された主微粒子捕捉フィルタと、前記主微粒子捕捉フィルタから上流側において前記排気ラインから分岐された副排気ラインと、前記副排気ラインに設置された、前記主微粒子捕捉フィルタのスートストレージ容量よりも小さいスートストレージ容量を有する副微粒子捕捉フィルタと、前記副微粒子捕捉フィルタの入口と出口の間に生じる差圧を測定する差圧測定部とよりなる。
【選択図】 図6
Description
しかし、このようにポストインジェクションによるフィルタ再生を一律に行った場合には、再生はフィルタ中における微粒子の実際の捕捉量に無関係に実行されることになる。このような場合、フィルタ中への微粒子の過剰な堆積が生じないように、フィルタ再生の間隔を、安全のため、実際に必要な場合よりも短めに設定しておかなければならない。しかし、このようにポストインジェクションによるフィルタ再生を過度に行うと、燃料消費が増大し、車両の燃費が悪化してしまう。
ディーセルエンジンの排気ラインに設置された主微粒子捕捉フィルタと、
前記主微粒子捕捉フィルタから上流側において前記排気ラインから分岐された副排気ラインと、
前記副排気ラインに設置された、前記主微粒子捕捉フィルタのスートストレージ容量よりもスートストレージ容量の小さい副微粒子捕捉フィルタと、
前記副微粒子捕捉フィルタの入口と出口の間に生じる差圧を測定する差圧測定部と、を備えた排ガス浄化装置により、解決する。
(A)前記副微粒子捕捉フィルタの前後における差圧と、前記副排気ラインにおける排ガスの温度と、前記排気ラインにおける流量とを測定する手順と、
(B)前記手順(A)において得られた、前記排ガスの差圧と温度と流量とから、前記副微粒子捕捉フィルタに単位時間に捕捉される微粒子の質量を求める手順と、
(C)前記手順(B)において得られた、単位時間に前記副微粒子捕捉フィルタにより捕捉される微粒子の質量から、前記排ガス中の微粒子の濃度を求める手順と、
(D)前記手順(C)において求められた前記排ガス中の前記微粒子の濃度と、さらにエンジンの運転状況もしくは前記主微粒子捕捉フィルタに流入するガス流量とから、前記主微粒子捕捉フィルタに流入する微粒子の質量を求める手順と、
(E)前記手順(D)において求められた前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された前記微粒子の前記質量と、前記主微粒子捕捉フィルタの捕捉効率とから、前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子の質量が、所定の閾値を超えたか否かを判断する手順と、
(F)前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された前記微粒子の質量が前記所定閾値を超えている場合、前記主微粒子捕捉フィルタの再生を実行する手順と、よりなる排ガス浄化方法を提供する。
(A)前記微粒子検出フィルタの前後における差圧と前記副排気ラインにおける排ガスの温度と前記副排気ラインにおける前記排ガス流量を測定する手順と、
(B)前記手順(A)において得られた、前記排ガスの差圧と温度と流量とから、前記微粒子検出フィルタに単位時間に捕捉される微粒子の質量を求める手順と、
(C)前記手順(B)において得られた、単位時間に前記微粒子検出フィルタにより捕捉される微粒子の質量から、前記排ガス中の微粒子の濃度を求める手順と、
(D)前記手順(C)において求められた前記排ガス中の前記微粒子の濃度と、さらにエンジンの運転状況もしくは前記主微粒子捕捉フィルタに流入するガス流量とから、前記主微粒子捕捉フィルタに流入する微粒子の質量を求める手順と、よりなる微粒子測定方法を提供する。
ΔP=function(流量,温度,スートロード,形状)
により、算出されることが好ましい。
PM[g/h]=PMconc[g/m3]×Q2[m3/h]
により求められることが好ましい。ここでQ2[m3/h]は、前記副微粒子捕捉フィルタを通過する排ガスの流量を表し、PM[g/h]は単位時間に堆積した微粒子の質量を表す。
PMenter full filter[g/h]=PMconc[g/m3]×Q1[m3/h]
により求められることが好ましい。ここでPMconc[g/m3]は、排ガス中の微粒子濃度を表す。Q1は、前記主微粒子捕捉フィルタ(DPF)22を通過する排ガスの流量を示す。Q1は、実際の測定により、あるいはエンジンの運転状況から推定される。
ΔP=function(流量,温度,スートロード,形状)
により、算出される。
ここでQ2[m3/h]は、前記微粒子検出フィルタを通過する排ガスの流量を表し、PM[g/h]は単位時間に堆積した微粒子の質量を表す。
ここでPMconc[g/m3]は、排ガス中の微粒子濃度を表す。Q1は、前記主微粒子捕捉フィルタ(DPF)22を通過する排ガスの流量を示す。Q1は、実際の測定により、あるいはエンジンの運転状況から推定される。
[第1の実施形態]
図6は、本発明の第1の実施形態による排ガス浄化装置20の構成を示す。
前記排ガス中の微粒子の濃度PMconcは、前記副排気ライン21Aにおいても排気ライン21においても同じ値をとるので、前記微粒子捕捉フィルタ22に流入した微粒子の量PMenter full filter[g/h]は、前記単位時間当たりの微粒子の質量PM[g/h]を使って、以下のように求められる。
さらに、これから、前記フィルタ中に堆積した微粒子の量が、フィルタの捕捉効率を勘案して求められる。以上の説明において、Q1は、前記主微粒子捕捉フィルタ(DPF)22を通過する排ガスの流量を示す。Q1は、実際の測定により、あるいはエンジンの運転状況から推定される。
[第2の実施形態]
図10は、図6の排ガス浄化装置を使った本発明の第2の実施形態による排ガス浄化方法を示すフローチャートである。
[第3の実施形態]
図12は、本発明の第3の実施形態による、図6の微粒子センサを使った微粒子測定方法を示すフローチャートである。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
12 排気ライン
12A フィルタユニット
12B 微粒子捕捉フィルタ(DPF)
12a ガス通路
12b 多孔質部材
12c 微粒子
20 排ガス浄化装置
21 排気ライン
21A 副排気ライン
22 主微粒子捕捉フィルタ(DPF)
22A 副微粒子捕捉フィルタ
22a 排ガス通路
22b セル
22b1 駆動ライン
22c 微粒子層
22d 熱電対
22e ホルダ(容器)
22h ヒータ
22i 絶縁物(インシュレータ)
22p 信号ライン
23 制御バルブ
24 流量計
Claims (18)
- ディーセルエンジンの排気ラインに設置された主微粒子捕捉フィルタと、
前記主微粒子捕捉フィルタから上流側において前記排気ラインから分岐された副排気ラインと、
前記副排気ラインに設置された、前記主微粒子捕捉フィルタのスートストレージ容量よりもスートストレージ容量の小さい副微粒子捕捉フィルタと、
前記副微粒子捕捉フィルタの入口と出口の間に生じる差圧を測定する差圧測定部と、を備えた排ガス浄化装置。 - 前記副排気ラインには、さらに流量計または同等なメータが設置されている請求項1記載の排ガス浄化装置。
- 前記副排気ラインには、さらに温度測定部が設置されている請求項1または2記載の排ガス浄化装置。
- 前記副微粒子捕捉フィルタには、ヒータが設置されている請求項1〜3のいずれか一項記載の排ガス浄化装置。
- 前記副排気ラインには、前記排ガスの流量を所定値に維持するバルブが設置されている請求項1〜4のうち、いずれか一項記載の排ガス浄化装置。
- ディーゼルエンジンの排気ラインに設置された主微粒子捕捉フィルタと、前記主微粒子捕捉フィルタから上流側において前記排気ラインから分岐された副排気ラインと、前記副排気ラインに設置された、前記主微粒子捕捉フィルタのスートストレージ容量よりも小さいスートストレージ容量を有する副微粒子捕捉フィルタと、前記副微粒子捕捉フィルタの入口と出口の間に生じる差圧を測定する差圧測定部とよりなる排ガス浄化装置を使った排ガス浄化方法であって、
(A)前記副微粒子捕捉フィルタの前後における差圧と、前記副排気ラインにおける排ガスの温度と、前記排気ラインにおける流量とを測定する手順と、
(B)前記手順(A)において得られた、前記排ガスの差圧と温度と流量とから、前記副微粒子捕捉フィルタに単位時間に捕捉される微粒子の質量を求める手順と、
(C)前記手順(B)において得られた、単位時間に前記副微粒子捕捉フィルタにより捕捉される微粒子の質量から、前記排ガス中の微粒子の濃度を求める手順と、
(D)前記手順(C)において求められた前記排ガス中の前記微粒子の濃度と、さらにエンジンの運転状況もしくは前記主微粒子捕捉フィルタに流入するガス流量から、前記主微粒子捕捉フィルタに流入する微粒子の質量を求める手順と、
(E)前記手順(D)において求められた前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された前記微粒子の前記質量と、前記主微粒子捕捉フィルタの捕捉効率とから、前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子の質量が、所定の閾値を超えたか否かを判断する手順と、
(F)前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された前記微粒子の質量が前記所定閾値を超えている場合、前記主微粒子捕捉フィルタの再生を実行する手順と、よりなる排ガス浄化方法。 - さらに前記副微粒子捕捉フィルタを再生する手順を含み、前記副微粒子捕捉フィルタの再生は、前記副微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子の質量が所定値を超えた場合に、前記主微粒子捕捉フィルタの再生とは独立に実行される請求項6記載の排ガス浄化方法。
- 前記副微粒子捕捉フィルタを再生する手順は、前記手順(A)の後、前記手順(B)を含む第1のプロセスにより実行され、前記主微粒子捕捉フィルタを再生する工程は、前記第1のプロセスにおける前記手順(B)の後、前記手順(C),(D)を含む第2のプロセスにより実行される請求項7記載の排ガス浄化方法。
- 前記副微粒子捕捉フィルタを再生する手順は、前記手順(A)の後、前記手順(B)を含む第1のプロセスにより実行され、前記主微粒子捕捉フィルタを再生する工程は、前記第1のプロセスにおける前記手順(A)の後、前記手順(B)〜(D)を含む第2のプロセスにより実行され、前記第1のプロセスと第2のプロセスとは並行して実行される請求項7記載の排ガス浄化方法。
- 前記手順(B)は、前記副微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子層の厚さW[m]を、ΔPを差圧[Pa]、μを動粘性係数、Qを[m3/h]の単位で表した、前記副微粒子フィルタ中における排ガスの流量、αを前記副微粒子捕捉フィルタ中のセルの一辺の長さ、ρを排ガスの比重、Vtrapを前記副微粒子フィルタのフィルタ体積、Wsを前記副微粒子捕捉フィルタの壁厚、Kwを前記副微粒子捕捉フィルタの壁の透過率、Ksootを前記副微粒子捕捉フィルタ中に捕捉された微粒子層の透過率、Fを係数(=28.454)、Lを前記副微粒子捕捉フィルタの有効フィルタ長さ、βを前記副微粒子捕捉フィルタにおける多孔質壁のフォルヒハイマー係数、ζを前記副微粒子捕捉フィルタに入り、出ていく排ガスの内部損失係数として、式
により求め、さらに、前記副微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子の質量msoot[g]を、Ncellsを入口側におけるセルの開口数、ρsootを前記捕捉された微粒子の密度として、
の式により求めることを特徴とする請求項6〜9のうち、いずれか一項記載の排ガス浄化方法。
- 前記手順(C)は、前記排ガス中の微粒子の濃度PMconc[g/m3]を、Q2[m3/h]を、前記副微粒子捕捉フィルタを通過する排ガスの流量、PM[g/h]を単位時間に前記副微粒子捕捉フィルタに堆積した微粒子の質量として、式
PM[g/h]=PMconc[g/m3]×Q2[m3/h]
により求める請求項10記載の排ガス浄化方法。 - 前記手順(D)は、前記主微粒子捕捉フィルタに流入した前記微粒子の量(PMenter full filter[g/h])を、PMconc[g/m3]を前記排ガス中の微粒子濃度として、式
PMenter full filter[g/h]=PMconc[g/m3]×Q1[m3/h]
により求めることを特徴とする請求項11記載の排ガス浄化方法。 - ディーセルエンジンの排気ラインに設置された微粒子捕捉フィルタから上流側において前記排気ラインから分岐された副排気ラインに設置された、前記微粒子捕捉フィルタのスートストレージ容量よりも小さなスートストレージ容量を有する微粒子検出フィルタと、前記微粒子検出フィルタの入口と出口の間の差圧を測定する差圧測定部とを含む微粒子センサを使った微粒子測定方法であって、
(A)前記微粒子検出フィルタの前後における差圧と前記副排気ラインにおける排ガスの温度と前記副排気ラインにおける前記排ガス流量を測定する手順と、
(B)前記手順(A)において得られた、前記排ガスの差圧と温度と流量とから、前記微粒子検出フィルタに単位時間に捕捉される微粒子の質量を求める手順と、
(C)前記手順(B)において得られた、単位時間に前記微粒子検出フィルタにより捕捉される微粒子の質量から、前記排ガス中の微粒子の濃度を求める手順と、
(D)前記手順(C)において求められた前記排ガス中の前記微粒子の濃度と、さらにエンジンの運転状況もしくは前記主微粒子捕捉フィルタに流入するガス流量とから、前記主微粒子捕捉フィルタに流入する微粒子の質量を求める手順と、よりなる微粒子測定方法。 - 前記微粒子検出フィルタにより捕捉された前記微粒子の質量を求める手順は、前記手順(A)の後、前記手順(B)を含む第1のプロセスにより実行され、前記微粒子捕捉フィルタに流入した微粒子の質量を求める手順は、前記第1のプロセスにおける前記手順(B)の後、前記手順(C),(D)を含む第2のプロセスにより実行される請求項13記載の微粒子測定方法。
- 前記微粒子検出フィルタにより捕捉された前記微粒子の質量を求める手順は、前記手順(A)の後、前記手順(B)を含む第1のプロセスにより実行され、前記微粒子捕捉フィルタに流入した微粒子の質量を求める手順は、前記第1のプロセスにおける前記手順(A)の後、前記手順(B)〜(D)を含む第2のプロセスにより実行され、前記第1のプロセスと第2のプロセスは並行して実行される請求項13記載の微粒子測定方法。
- 前記手順(B)は、前記微粒子検出フィルタに捕捉された微粒子層の厚さW[m]を、ΔPを差圧[Pa]、μを動粘性係数、Qを[m3/h]の単位で表した、前記微粒子検出フィルタ中における排ガスの流量、αを前記微粒子検出フィルタ中のセルの一辺の長さ、ρを排ガスの比重、Vtrapを前記微粒子検出フィルタのフィルタ体積、Wsを前記微粒子検出フィルタの壁厚、Kwを前記微粒子検出フィルタの壁の透過率、Ksootを前記微粒子検出フィルタ中に捕捉された微粒子層の透過率、Fを係数(=28.454)、Lを前記微粒子検出フィルタの有効フィルタ長さ、βを前記微粒子検出フィルタにおける多孔質壁のフォルヒハイマー係数、ζを前記微粒子検出捕捉フィルタに入り、出ていく排ガスの内部損失係数として、式
さらに、前記微粒子検出フィルタに捕捉された微粒子の質量msoot[g]を、Ncellsを入口側におけるセルの開口数を、ρsootを前記捕捉された微粒子の密度をとして、式
- 前記手順(C)は、前記排ガス中の微粒子の濃度PMconc[g/m3]を、Q2[m3/h]を前記微粒子検出フィルタを通過する排ガスの流量、PM[g/h]を単位時間に前記微粒子検出フィルタに堆積した微粒子の質量として、式
PM[g/h]=PMconc[g/m3]×Q2[m3/h]
により求める請求項16記載の微粒子測定方法。 - 前記手順(D)は、前記主微粒子捕捉フィルタに流入した前記微粒子の量(PMenter full filter[g/h])を、PMconc[g/m3]を排ガス中の微粒子濃度として、式
PMenter full filter[g/h]=PMconc[g/m3]×Q1[m3/h]
により求めることを請求項17記載の微粒子測定方法。
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