JP2013185511A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧力センサ(29)で検出されるガスマニホールド(28)の内圧であるマニ圧Pmが第1の所定圧力Psn1であれば、ガス加圧ポンプ(30)のDutyとガスインジェクタ(32)のパルスをそれぞれ小にして、ガス加圧ポンプ(30)とガスインジェクタ(32)の作動を制限し排気管(18)に噴射されるアンモニアガスの噴射量を減らす。そして、ヒータ(27)のDutyを大にして、ヒータ(27)によりタンク(26)を加熱して、アンモニアガスをアンモニア吸蔵塩から離脱し、アンモニアガスを発生させ、ガスマニホールド(28)にアンモニアガスを貯留する。
【選択図】図1
Description
そこで、従来より、ディーゼルエンジンや希薄燃焼ガソリンエンジンでは、選択還元型触媒や、NOxトラップ触媒等を排気流路に設けている。そして、排気流路にアンモニア(NH3)或いは燃料等を排気ガス中に添加して、選択還元型触媒やNOxトラップ触媒にて、排気ガス中のNOxをアンモニア或いは炭化水素(HC)で還元して浄化している。
そして、このように生成したアンモニアガスをポンプにて、排気管に導入している。
しかしながら、排気管に導入する還元剤を還元剤前駆体から相変化させて得るシステムにおいて、このようにNOxの排出量に基づくアンモニアガスの濃度や、ポンプ下流のアンモニアガスの圧力でポンプを作動させるようにすると、ポンプ上流のアンモニアガスの濃度が低い場合やアンモニアガスの量が少ない場合には、ポンプを通過するアンモニアガスの流量が少なく、ポンプがアンモニアガスを圧送しない運転状態、即ちポンプが空回り運転状態となる虞がある。
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ポンプの破損を防止することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
また、請求項3の内燃機関の排気浄化装置では、請求項1或いは2において、前記制御手段は、前記貯留手段の内圧が第1の所定圧力より低いと、前記状態変化手段を制御して、前記還元剤の気化を促進することを特徴とする。
また、請求項5の内燃機関の排気浄化装置では、請求項1から4のいずれか1項において、前記還元剤導入手段は、前記排気浄化手段の下流の前記排気ガスに含まれる前記還元剤の含有量を検出する含有量検出手段を備え、前記制御手段は、前記排気浄化手段から排出される前記排気ガスに所定含有量以上の前記還元剤が含まれると、前記排気浄化手段に導入する前記還元剤の量を少なくすることを特徴とする。
したがって、加圧手段の空回り運転状態による加圧手段の破損を防止することができる。
したがって、加圧手段の空回り運転状態による加圧手段の破損を防止することができる。
したがって、貯留手段から加圧手段に十分な量の還元剤を供給できるので、加圧手段の空回り運転状態を回避し、加圧手段の破損を防止することができる。
したがって、配管の破損を防止することができる。
また、請求項5の発明によれば、排気浄化手段から排出される排気ガスに所定含有量以上の還元剤が含まれると、排気浄化手段に導入する還元剤の量を少なくなるようにしているので、還元剤が排気浄化手段で処理されずに排出されることを防止でき、還元剤による排気ガスの悪化を防止することができる。また、排気浄化手段に適切な量の還元剤を導入することができるので、還元剤の消費量を抑制することができる。
図1は、内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジン1の概略構成図である。図中の二点鎖線は、ガス混合装置(還元剤導入手段)25を示す。また、破線は、ガス配管33を示し、還元剤であるアンモニアガスの流れ方向を示す。
図1に示すように、エンジン(内燃機関)1は、多気筒の筒内直接噴射式内燃機関(例えばコモンレール式ディーゼルエンジン)であり、詳しくは、コモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒の燃料噴射ノズル2に供給し、任意の噴射時期及び噴射量で当該燃料噴射ノズル2から各気筒の燃焼室3内に噴射可能な構成を成している。
燃焼室3には、インテークポート8とエキゾーストポート9とが連通されている。
インテークポート8には、燃焼室3と当該インテークポート8との連通と遮断を行うインテークバルブ10が設けられている。また、エキゾーストポート9には、燃焼室3と当該エキゾーストポート9との連通と遮断とを行うエキゾーストバルブ11が設けられている。
排気管18には、上流から順番に排気ガス中の被酸化成分を酸化する酸化触媒19と排気ガス中の黒鉛を主成分とする微粒子状物資を捕集し燃焼させるディーゼルパティキュレートフィルタ20と、排気ガス中のNOxをアンモニアガスを用いて還元浄化する選択還元型触媒(排気浄化手段)21とが連通するように設けられている。
排気管18の選択還元型触媒21の下流には、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)濃度を検出するNOxセンサ(含有量検出手段)34が排気管18内に突出するように設けられている。
ヒータ27は、タンク26に貯蔵されているアンモニア吸蔵塩からアンモニアを離脱し気化させるためにタンク26を加熱するものである。
圧力センサ29は、ガスマニホールド28内に突出するように配設され、ガスマニホールド28内の圧力を検出するものである。
ガス加圧ポンプ30は、ガスマニホールド28に貯留されたアンモニアガスを加圧し、ガスインジェクタ32に供給するものである。
ガスインジェクタ32は、排気管18内に還元剤であるアンモニアガスを噴射し、選択還元型触媒21にアンモニアガスを供給するものである。
そして、燃料噴射ノズル2、電子制御スロットルバルブ15、EGRバルブ23、ヒータ27、圧力センサ29、ガス加圧ポンプ30、緊急遮断弁31、ガスインジェクタ32、NOxセンサ34、及びエンジン1の運転状態を検出する各種センサ(本発明の運転状態検出手段に相当)やエンジン1が搭載される車両の運転者が操作するアクセルペダルの操作度合いを検出するアクセルポジションセンサ(本発明の運転状態検出手段に相当)等の各種装置は、エンジン1の総合的な制御を行うための制御装置であって入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、タイマ及び中央演算処理装置(CPU)等を含んで構成される電子コントロールユニット(ECU)40と電気的に接続されており、当該ECU40は各種センサ類からの各情報に基づき各種装置を作動制御する。
一方、ECU40の出力側には、燃料噴射ノズル2、電子制御スロットルバルブ15、EGRバルブ23、ヒータ27、ガス加圧ポンプ30、緊急遮断弁31及びガスインジェクタ32が電気的に接続されている。
図2及び図3は、本発明に係るECUが実行するアンモニアガス噴射における補正制御の制御フローチャートの一部と残部である。なお、本補正制御は、エンジン1の始動と共に開始され、エンジン1の停止と共に終了する。
ステップS18では、マニ圧Pmが第2の所定圧力Psn2以上か、否かを判別する。詳しくは、圧力センサ29にて検出されるガスマニホールド28の内圧であるマニ圧Pmが第2の所定圧力Psn2以上か、否かを判別する。判別結果が真(Yes)でマニ圧Pmが第2の所定圧力Psn2以上であれば、ステップS20に進む。判別結果が否(No)でマニ圧Pmが第2の所定圧力Psn2未満であれば、ステップS16でのヒータ27の作動を抑制することによりマニ圧Pmが、ガス配管33等が圧力による損傷することのない圧力より低くなったとしてのステップS10へ戻る。
ステップS32では、マニ圧Pmが第2の所定圧力Psn2未満か、否かを判別する。詳しくは、圧力センサ29にて検出されるガスマニホールド28の内圧であるマニ圧Pmが第2の所定圧力Psn2未満か、否かを判別する。判別結果が真(Yes)でマニ圧Pmが第2の所定圧力Psn2未満であれば、ステップS34に進む。判別結果が否(No)でマニ圧Pmが第2の所定圧力Psn2以上であれば、ステップS10へ戻る。
また、選択還元型触媒21の下流の排気ガス内のアンモニア濃度が所定濃度Pg1より濃ければ、エンジン1より排出されるNOxの排出量に対して、ガスインジェクタ32より過剰にアンモニアガスが噴射しているとして、エンジン1より排出されるNOxを選択還元型触媒21で還元浄化し、且つアンモニアガスが選択還元型触媒21より排出されないアンモニアガスの噴射量となるようにエンジン1の運転状態とマップとに基づいて、ガスインジェクタ32のパルスを設定している。
また、エンジン1の運転状態が高負荷運転状態、或いは急加速運転状態であれば、ヒータ27のDutyを大にして、ヒータ27によりタンク26を加熱する。そして、アンモニアのアンモニア吸蔵塩からの離脱を促進する。そして、ガスマニホールド28の内圧であるマニ圧Pmが第2の所定圧力Psn2未満であれば、ガス加圧ポンプ30のDutyを大にして、ガス加圧ポンプ30でアンモニアガスを加圧し、加圧したアンモニアガスをガスインジェクタ32に供給する。そして、ガスインジェクタ32のパルスを大にして、排気管18に噴射されるアンモニアガスの噴射量を増加して、高負荷運転状態或いは急加速運転状態により排出量が増加したNOxを選択還元型触媒21にて還元浄化する。
また、ガスマニホールド28の内圧であるマニ圧Pmが第2の所定圧力Psn2以上となるとガスインジェクタ32のパルスを大にして、排気管18に噴射されるアンモニアガスの噴射量を増加しているので、加圧後のガス配管33内の圧力が高くなりすぎることを防止することができる。
以上で本発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の実施形態は上記実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態では、エンジン1をコモンレール式ディーゼルエンジンとしているが、これに限定されるものではなく、NOxの排出量が比較的多く選択還元型触媒を装着する排気系を有する希薄燃焼ガソリンエンジンにも適用可能であることはいうまでもない。
21 選択還元型触媒(排気浄化手段)
25 ガス混合装置(還元剤導入手段)
26 タンク(貯蔵手段)
27 ヒータ(状態変化手段)
28 ガスマニホールド(貯留手段)
29 圧力センサ(圧力検出手段)
30 ガス加圧ポンプ(加圧手段)
32 ガスインジェクタ
33 ガス配管
34 NOxセンサ(含有量検出手段)
40 ECU(制御手段)
Claims (6)
- 排気浄化手段に還元剤導入手段より還元剤を導入して、内燃機関の排気ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、
前記還元剤導入手段は、
固体或いは液体の状態で前記還元剤を貯蔵する貯蔵手段と、
前記還元剤を液化或いは気化させる状態変化手段と、
前記状態変化手段により得られた前記還元剤を貯留する貯留手段と、
前記貯留手段の内圧を検出する圧力検出手段と、
前記貯留手段に貯留された前記還元剤を加圧する加圧手段と、
前記貯留手段の内圧に基づいて前記加圧手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記制御手段は、前記貯留手段の内圧が第1の所定圧力より低いと、前記加圧手段の作動を制限することを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記制御手段は、前記貯留手段の内圧が第1の所定圧力より低いと、前記状態変化手段を制御して、前記還元剤の気化を促進することを特徴とする、請求項1或いは2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記制御手段は、前記貯留手段の内圧が第1の所定圧力より大きな第2の所定圧力より高いと、前記排気浄化手段に導入する前記還元剤の量を多くすることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記還元剤導入手段は、
前記排気浄化手段の下流の前記排気ガスに含まれる前記還元剤の含有量を検出する含有量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記排気浄化手段から排出される前記排気ガスに所定含有量以上の前記還元剤が含まれると、前記排気浄化手段に導入する前記還元剤の量を少なくすることを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記還元剤導入手段は、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記排気浄化手段に導入する前記還元剤の量を制御することを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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JP2017089400A (ja) * | 2015-11-03 | 2017-05-25 | 株式会社デンソー | 排気浄化システム及び浄化制御装置 |
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