JP2014040826A - ディーゼル酸化触媒装置再生周期決定方法及び再生方法 - Google Patents

ディーゼル酸化触媒装置再生周期決定方法及び再生方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 ディーゼルエンジンの作動中に濃厚な混合気を繰り返し印加することができるように周期を決め、DOC再生を活性させて浄化能を向上させるDOC再生周期決定方法を提供する。
【解決手段】 混合気の濃度を濃厚に調節する濃厚条件印加段階、混合気の濃度が稀薄な状態となれば、DOC前段の温度を測定する温度測定段階、混合気の濃度が稀薄な状態となった後から温度測定段階で測定された温度に基づいて熱負荷値を算出し、算出された熱負荷値を一定時間ごとに累積し、累積された熱負荷値を所定の臨界値と比較して、累積された熱負荷値が臨界値を超えるかどうかを判断する判断段階、及び判断段階で累積された熱負荷値が臨界値以下であるうちに温度測定段階を繰り返し実施し、累積された熱負荷値が臨界値を超えれば段階を全て実行するのにかかった時間に基づいて繰り返して濃厚条件印加段階を実行する周期を決める周期決定段階、を含んでなることを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明はディーゼル酸化触媒装置再生周期決定方法及び再生方法に係り、より詳しくは、ディーゼル酸化触媒装置(Diesel Oxidation Catalyst 以下DOC)の再生周期を決め、DOCを活性化させてDOCの浄化能を向上させるDOC再生周期決定方法及び再生方法に関する。
ディーゼルエンジンが作動するとき排出する排気ガスには、HC、CO、可溶性有機成分(SOF;Soluble Organic Fraction)、SOOT、粒子状物質(PM;Particulate Matter)などが含まれている。排気ガスに含まれた前記のような物質が大気中にそのまま放出されれば、大気汚染のような深刻な環境問題を引き起こすため、適宜浄化して排出しなければならない。この役目をするものが車両のディーゼル微粒子除去装置(DPF;Diesel Particulate Filter)とディーゼル酸化触媒装置(DOC;Diesel Oxidation Catalyst)であ
る。
DPFは排気ガス中のPMをフィルターで捕集し、一定量のPMがDPFに捕集されれば、周期的にPMを焼いてなくす。DOCは二元触媒装置であり、COとHCをCOとH0に酸化させ、排気ガスのPMの中でSOFを除去して大気中に放出する。
また、2014年からEURO−6の自動車排気ガス規制が適用されるが、EURO−6の基準では平均排気温は140℃以下に適用されるため、EURO−5の排気ガス温度より低くなるため、低温でも触媒がよく作動するように触媒の活性を向上させなければならない。
低温活性を向上させるためには、触媒内の貴金属量を増加させる必要があるが、貴金属量を増加させれば費用が増加し、貴金属量を一定量以上増加させても触媒の低温活性が増加しないため、他の方法による改善が必要となる。
ディーゼルエンジンは稀薄な混合気状態で作動するため、周期的に濃厚な混合気を印加すればDOC活性が高くなる。濃厚な混合気を与える周期をあまり短くすれば燃費が悪くなり、あまり長くすれば、燃費の面では有利であるが、濃厚な混合気を印加する前の状態に帰るため汚染物質が既存の触媒に比べてよくならない。よって、ある程度の濃厚な混合気による活性改善の効果が残っているとき、さらに濃厚な混合気を加える場合にDOC活性化向上に効果がある。
特表2004−530837号公報
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、貴金属量を増加させないで、DOCを活性化させ、触媒に吸着された汚染物質を効果的に除去して触媒の表面をきれいにし、貴金属の酸化状態を還元させて排気ガスの吸脱着を容易にし、COとHCの浄化能を向上させるDOCの再生周期を決める方法を提供することにある。
前記目的を達成するための本発明は、混合気の濃度を濃厚に調節する濃厚条件印加段階(S130)、前記濃厚条件印加段階(S130)を完了した後、混合気の濃度が稀薄な状態となれば、DOC前段の温度を測定する温度測定段階(S150)、混合気の濃度が稀薄な状態となった後から前記温度測定段階(S150)で測定した温度に基づいて熱負荷値を算出し、算出された熱負荷値を一定時間ごとに累積し、前記累積された熱負荷値を所定の臨界値と比較して、前記累積された熱負荷値が前記臨界値を超えるかどうかを判断する判断段階(S170)、及び前記判断段階(S170)で前記累積された熱負荷値が前記臨界値以下であるうちに前記温度測定段階(S150)を繰り返し実施し、前記累積された熱負荷値が前記臨界値を超えれば前記段階を全て実行するのにかかった時間に基づいて繰り返して前記濃厚条件印加段階(S130)を実行する周期を決める周期決定段階、を含んでなることを特徴とする。
また、本発明は、車両のDOC再生が必要であるかを判断する再生判断段階(S110)、
前記再生判断段階(S110)でDOC再生が必要であると判断されれば、混合気の濃度を濃厚に調節する濃厚条件印加段階(S130)、
前記濃厚条件印加段階(S130)を実行して、混合気の濃度が濃厚な状態となれば、濃厚な混合気が維持される時間の濃厚維持時間と所定の濃厚維持値を比較し、前記濃厚維持時間が前記濃厚維持値を超えるかどうかを判断する濃厚維持判断段階(S190)、及び
前記濃厚維持判断段階(S190)で前記濃厚維持時間が前記濃厚維持値以下であるうちに前記濃厚条件印加段階(S130)を繰り返し実施し、前記濃厚維持時間が前記濃厚維持値を超えれば、繰り返してDOC再生が必要であるかを判断する前記再生判断段階(S110)を行う繰り返し実行段階、を含んでなることを特徴とする。
また、本発明は、濃厚な混合気を繰り返し印加して車両のDOCを再生させることを含んでなることを特徴とする。
本発明によれば、触媒の貴金属を還元させて排気ガスの吸脱着を容易にしCOとHCの浄化能を向上させ、適切な周期で濃厚な混合気を印加するため、燃費悪化を最小に止め、DOC触媒の材料費を最小にすることができる。
本発明の第1実施例によるフローチャートである。 本発明の第2実施例によるフローチャートである。 本発明の第2実施例が実施される第1例を示すフローチャートである。 本発明の第2実施例が実施される第2例を示すフローチャートである。 本発明の第2実施例が実施される第3例を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例によるDOC再生周期決定方法について詳細に説明する。
低温状態でのDOC活性を向上させるためには、DOC内の貴金属量を増加させる方法がある。しかし、貴金属量を増加させれば費用が増加し、貴金属量を増加させたものに比べてDOC活性度の増加幅がますます減少するため、DOC活性向上のための他の方法が必要となる。
ディーゼルエンジンは通常稀薄な混合気状態で作動するため濃厚な混合気を印加すれば、触媒に吸着されたHC、SOF、SOOT、硫酸化物を効果的に除去して触媒表面をきれいにするので、DOCの活性は増大する。しかし、混合気が再び稀薄な状態に戻り、時間の経過と共に濃厚な混合気の効果が失われDOCの活性が徐々に悪くなって濃厚な混合気を印加する前の状態に戻る。したがって、DOCの活性が悪くならないようにする範囲で繰り返し濃厚条件を印加すれば、DOCは活性状態を維持できる。
しかし、濃厚な混合気をあまり頻繁に印加すれば、DOCの活性改善効果が残っている状態で濃厚条件を再び付与することになって非効率的であり、燃料消耗量も多くなって燃費が悪くなる。反対に、濃厚な混合気印加の頻度を少なくすれば、燃料消耗量が少なく燃費の面では有利であるが濃厚な混合気を印加する前の活性状態に戻るため、汚染物質の浄化能力が既存のDOCに比べて改善されない。
したがって、濃厚な混合気による活性改善効果がある程度残っているとき、再び濃厚な混合気を印加する場合に最適のDOC活性改善の効果を示すので、濃厚な混合気の印加周期を適切に決めることが非常に重要である。
図1は本発明の第1実施例によるフローチャートであり、DOCに濃厚な混合気を繰り返し印加する周期を決める一連の過程を示すものである。
濃厚条件印加段階(S130)では濃厚な混合気の条件を印加する。この際、10秒以内でDOC前段の温度を250℃〜750℃の範囲に、DOCベッドの温度は800℃未満に、空気過剰率を0.8〜1.0の範囲に各々維持する。この過程は後述する条件によって1回実行することもでき、多数回実行することもできる。
濃厚条件を印加する際、排気温が高いほど、空気過剰率が低いほど、かつ濃厚条件を維持する時間が長いほど、DOCの活性改善効果は増加するが、これらの値が一定値以上になれば改善効率が飽和状態になって改善効果に限界が発生する。よって、酸素センサーとDOC前後の温度センサーによって空気過剰率を適切に調節して混合気の濃厚程度を調節する。
濃厚条件状態の時間が長くなれば、濃厚条件から希薄条件に転換されるとき、濃厚条件で反応しないで残った燃料と希薄条件で反応しなかった余分の空気がDOC内部で反応するので、DOC内部の温度が急激に上昇してDOCに熱的損傷を与える。したがって、濃厚条件状態の時間を適切に調節しなければならない。
前述の通り、濃厚条件印加段階(S130)において濃厚条件を印加してから稀薄な状態の混合気となれば、時間が経つにつれて濃厚な混合気の影響がなくなってDOCの活性化程度もますます低くなる。本発明においては、稀薄な混合気の条件を、排気温度は750度未満に、空気過剰率は1より大きく維持し、混合気の稀薄な状態となった後から稀薄な混合気が維持されるうちにDOC前段の温度を測定する。この段階が温度測定段階(S150)である。
温度測定段階(S150)で測定された温度に基づき、t*exp(−R/T)の式によって前記熱負荷値を算出する。前記式において、Rは触媒の特性値で、触媒ごとに固有の値であるため、触媒が変われば値も変わる。Tは温度測定段階(S150)で測定されたDOC前段の温度で、絶対温度に変換したものである。tは前記熱負荷値を累積する時間間隔を意味する。
前記算出された熱負荷値は重要な指標となる。DOCが一定以上の熱負荷を受ければ濃厚条件による改善効果がなくなるため、前記算出された熱負荷値が一定値を超えないようにDOC前段の温度を測定し、測定された温度に基づいて熱負荷値を算出し、算出された熱負荷値を一定時間ごとに累積し、前記累積された熱負荷値と所定の臨界値を比較する。この段階が判断段階(S170)である。
前記臨界値は濃厚条件印加段階(S130)で印加された濃厚な混合気が車両のDOCが劣化しない範囲に維持されるように濃厚条件印加段階(S130)の再実施時点を決める値に設定されたもので、触媒などの条件が変われば前記臨界値も変わる。
判断段階(S170)で比較した結果、前記累積された熱負荷値が前記臨界値以下であれば、温度測定段階(S150)を繰り返し実施して前記熱負荷値を累積し続ける。反対に、判断段階(S170)で比較した結果、前記累積された熱負荷値が前記臨界値を超えれば、DOCの濃厚条件印加周期を決めるサイクルが完成され、前記段階を全て実行するのにかかった時間に基づいて繰り返して前記濃厚条件印加段階(S130)を実行するDOC再生周期が決まる。
前記方法で濃厚な混合気を周期的に印加して、DOCに吸着されたHC、SOF、SOOT、硫酸化物などを効果的に除去してDOCの表面をきれいにし、酸化した貴金属を還元させて貴金属状態にすることで、触媒内への排気ガスの吸着/脱着を容易にし、CO/HCを浄化させる能力を向上させてDOCを活性化する。また、硝酸化セリウム状態で存在する触媒からDOC活性によって硝酸塩を除去して移動反応(CO+HO→H+CO)を促進させることにより、効果的にCOを低減することができる。
図2は本発明の第2実施例によるフローチャートであり、DOCの再生必要性の有無を判断し、DOC再生が必要な状態であれば一連の段階を実行してDOCを再生させる過程を示している。
DOCの再生が必要であるかを判断する再生判断段階(S110)でDOCの再生が必要であると判断すれば、濃厚な混合気を印加する濃厚条件印加段階(S130)を実行する。
濃厚条件印加段階(S130)では、DOC前段の温度を250℃〜750℃の範囲に、DOCベッドの温度は800℃未満に、空気過剰率は0.8〜1.0の範囲に維持する。DOC活性の改善効果が飽和しないように酸素センサーとDOC前後の温度センサーによって空気過剰率を適宜調節して混合気の濃厚程度を調節する。
濃厚条件印加段階(S130)で濃厚な混合気を印加して混合気が濃厚な状態となれば、濃厚な状態が維持される時間と所定の濃厚維持値を比較する。この段階が濃厚維持判断段階(S190)である。前記濃厚維持値は、濃厚条件印加段階(S130)で印加された濃厚な混合気がDOCの劣化しない範囲に維持されるように濃厚条件印加段階(S130)の再実施時点を決める値に設定されたものである。
濃厚維持判断段階(S190)で前記濃厚維持時間が前記濃厚維持値以下であれば、濃厚条件印加段階(S130)を繰り返し行って混合気の状態を濃厚に維持する。しかし、前記濃厚維持時間が前記濃厚維持値を超えれば、DOC再生が完了し、再びDOCの再生が必要であるかを判断する再生判断段階(S110)を繰り返し実行する。
図3は本発明の第2実施例が実施される第1例を示すフローチャートであり、図2の再生判断段階(S110)で再生が必要であるかを判断する条件を詳細に示すものである。DPF再生成功の可否を確認し、DPF再生に成功したら前記一連の段階を実行する。DPFの再生は予め設定された値によってDOCが劣化しない範囲で1回以上実行することもできる。DPFの再生が成功した後、前述した一連の段階を実行する。
図4は、本発明の第2実施例が実施される第2例を示すフローチャートであり、車両の走行距離を累積した値によってDOC再生必要性の有無を判断することを示すもので、車両が走行した距離を累積し、累積された走行距離と前記所定の走行距離臨界値を比較し、累積された前記走行距離が前記走行距離臨界値を超えれば、前記一連の段階を行うものである。前記走行距離臨界値は、再生判断段階(S110)でDOCが劣化しない範囲に維持されるように設定されたものである。また、前記所定の走行距離臨界値と前記走行距離を比較するときには、車両のDPFに捕集されたSOOTの量が一定量以下であるときに実施してDOCを最適の条件で活性させる。
図5は、本発明の第2実施例が実施される第3例を示すフローチャートであり、車両の燃料消費量を累積してDOC再生必要性の有無を判断することを示すもので、再生判断段階(S110)では、車両が運行するうちに消耗した燃料消耗量を累積して前記所定の燃料消耗量臨界値と比較する。前記燃料消耗量が前記燃料消耗量臨界値を超えれば、前記一連の段階を実行する。この際、前記燃料消耗量臨界値はDOCが劣化しない範囲に維持されるように予め設定された値である。また、前記所定の燃料消耗量臨界値と前記燃料消耗量の比較は、車両のDPFに捕集されたSOOTの量が一定量以下であるときに実施してDOCを最適の条件に活性させる。
前記のように濃厚条件を一定時間繰り返し印加することにより、DOCが低温でもCO/HCを効果的に浄化できるようにして、これから実施するEURO−6規制に効率よく対応できる。また、本発明は脱硫より低温で短時間のうちに濃厚条件印加を実施することにより、効果的にDOCを活性させてDOC低温効率を増大させ、これによりDOCの原価を節減することができる。
以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
本発明は、車両のDOCの再生周期を決めてDOCを活性化させ、DOCの浄化能を向上させるDOCの再生周期決定方法に適用可能である。
S110 再生判断段階
S130 濃厚条件印加段階
S150 温度測定段階
S170 判断段階
S190 濃厚維持判断段階

Claims (22)

  1. 混合気の濃度を濃厚に調節する濃厚条件印加段階(S130)、
    前記濃厚条件印加段階(S130)を完了した後、混合気の濃度が稀薄な状態となれば、DOC前段の温度を測定する温度測定段階(S150)、
    混合気の濃度が稀薄な状態となった後から前記温度測定段階(S150)で測定した温度に基づいて熱負荷値を算出し、算出された熱負荷値を一定時間ごとに累積し、前記累積された熱負荷値を所定の臨界値と比較して、前記累積された熱負荷値が前記臨界値を超えるかどうかを判断する判断段階(S170)、及び
    前記判断段階(S170)で前記累積された熱負荷値が前記臨界値以下であるうちに前記温度測定段階(S150)を繰り返し実施し、前記累積された熱負荷値が前記臨界値を超えれば前記段階を全て実行するのにかかった時間に基づいて繰り返して前記濃厚条件印加段階(S130)を実行する周期を決める周期決定段階、
    を含んでなることを特徴とする車両のDOC再生周期決定方法。
  2. 前記濃厚条件印加段階(S130)において、DOC前段の温度を250℃〜750℃の範囲に維持することを特徴とする請求項1に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  3. 前記濃厚条件印加段階(S130)において、DOCベッドの温度を800℃未満に維持することを特徴とする請求項1に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  4. 前記濃厚条件印加段階(S130)において、空気過剰率を0.8〜1.0の範囲に維持することを特徴とする請求項1に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  5. 前記濃厚条件印加段階(S130)において、DOC前段の温度を250℃〜750℃の範囲に、DOCベッドの温度を800℃未満に、空気過剰率を0.8〜1.0の範囲に維持することを特徴とする請求項1に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  6. 前記判断段階(S170)において、熱負荷値はt*exp(−R/T)の式によって算出され、前記式で、Rは触媒の特性値、Tは前記温度測定段階(S150)で測定された温度で、絶対温度に変換したものであり、tは前記熱負荷値を累積する時間間隔を意味することを特徴とする請求項1に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  7. 前記判断段階(S170)において、前記所定の臨界値は、前記濃厚条件印加段階(S130)で印加された濃厚な混合気がDOCが劣化しない範囲に維持されるように前記濃厚条件印加段階(S130)の再実施時点を決める値に設定されることを特徴とする請求項1に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  8. 車両のDOC再生が必要であるかを判断する再生判断段階(S110)、
    前記再生判断段階(S110)でDOC再生が必要であると判断されれば、混合気の濃度を濃厚に調節する濃厚条件印加段階(S130)、
    前記濃厚条件印加段階(S130)を実行して、混合気の濃度が濃厚な状態となれば、濃厚な混合気が維持される時間の濃厚維持時間と所定の濃厚維持値を比較し、前記濃厚維持時間が前記濃厚維持値を超えるかどうかを判断する濃厚維持判断段階(S190)、及び
    前記濃厚維持判断段階(S190)で前記濃厚維持時間が前記濃厚維持値以下であるうちに前記濃厚条件印加段階(S130)を繰り返し実施し、前記濃厚維持時間が前記濃厚維持値を超えれば、繰り返してDOC再生が必要であるかを判断する前記再生判断段階(S110)を行う繰り返し実行段階、を含んでなることを特徴とする車両のDOC再生周期決定方法。
  9. 前記再生判断段階(S110)において、車両のDPFの再生が完了したかを判断し、再生完了の際に前記一連の段階を実行することを特徴とする請求項8に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  10. 前記DPFの再生が多数回実行されるごとに前記一連の段階を実行することを特徴とする請求項9に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  11. 前記再生判断段階(S110)において、所定の走行距離臨界値と車両が走行した走行距離を比較し、前記走行距離が前記走行距離臨界値を超えれば、前記一連の段階を実行することを特徴とする請求項8に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  12. 前記再生判断段階(S110)において、所定の燃料消耗量臨界値と車両の運行するうちに消耗した燃料消耗量を比較し、前記燃料消耗量が前記燃料消耗量臨界値を超えれば、前記一連の段階を実行することを特徴とする請求項8に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  13. 前記濃厚条件印加段階(S130)において、DOC前段の温度を250℃〜750℃の範囲に維持することを特徴とする請求項8に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  14. 前記濃厚条件印加段階(S130)において、DOCベッドの温度を800℃未満に維持することを特徴とする請求項8に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  15. 前記濃厚条件印加段階(S130)において、空気過剰率を0.8〜1.0の範囲に維持することを特徴とする請求項8に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  16. 前記濃厚条件印加段階(S130)において、DOC前段の温度を250℃〜750℃の範囲に、DOCベッドの温度を800℃未満に、空気過剰率を0.8〜1.0の範囲に維持することを特徴とする請求項8に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  17. 前記濃厚維持値は、前記濃厚条件印加段階(S130)で印加された濃厚な混合気がDOCが劣化しない範囲に維持されるように前記濃厚条件印加段階(S130)の再実施時点を決める値に設定されることを特徴とする請求項8に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  18. 前記走行距離臨界値は、前記再生判断段階(S110)でDOCが劣化しない範囲に維持されるように前記濃厚条件印加段階(S130)の再実施時点を決める値に設定されることを特徴とする請求項11に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  19. 前記所定の走行距離臨界値と前記走行距離を比較することは、車両のDPFに捕集されたSOOTの量が一定量以下であるときに実施することを特徴とする請求項11に記載の車両がDOC再生周期決定方法。
  20. 前記燃料消耗量臨界値は、前記再生判断段階(S110)でDOCが劣化しない範囲に維持されるように前記濃厚条件印加段階(S130)の再実施時点を決める値に設定されることを特徴とする請求項12に記載の車両のDOC再生周期決定方法。
  21. 前記所定の燃料消耗量臨界値と前記燃料消耗量の比較は、車両のDPFに捕集されたSOOTの量が一定量以下であるときに実施することを特徴とする請求項12に記載の車両がDOC再生周期決定方法。
  22. 濃厚な混合気を繰り返し印加して車両のDOCを再生させることを含んでなることを特徴とする車両のDOC再生方法。
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