JP2014114802A - 排気ガス処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、粒子状物質ろ過装置を再生する途中に窒素酸化物浄化装置で硫黄化合物を除去するプロセスで、窒素酸化物浄化装置が過熱しないようにする排気ガス処理方法を提供する。
【解決手段】本発明の実施形態による排気ガス後処理方法は、粒子状物質ろ過装置の再生条件を判断する段階、前記粒子状物質ろ過装置を再生するために排気ガスを第１設定温度に上昇させて捕集された媒煙を設定量まで除去する段階、前記粒子状物質ろ過装置が再生される間に窒素酸化物浄化装置に流入される排気ガスをリーン状態に制御する段階、前記リーン状態を維持した後、改めて窒素酸化物浄化装置に流入される排気ガスをリッチ状態に制御して前記窒素酸化物浄化装置で硫黄成分を除去する段階、および前記リーン状態と前記リッチ状態を繰り返し、前記粒子状物質ろ過装置の再生を完了したり、前記窒素酸化物浄化装置で硫黄成分の除去を完了する段階を含むことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガスの温度を制御して窒素酸化物浄化装置で硫黄成分を除去し、粒子状物質ろ過装置で粒子状物質を除去する排気ガス処理方法に関する。
一般に、粒子状物質ろ過装置（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ）は、排気ガスに含まれている粒子状物質を捕集する。そして、排気ガスの温度を上昇させて捕集された粒子状物質を焼いて除去する。これを再生という。
そして、窒素酸化物浄化装置（ＬＮＴ；ｌｅａｎ ＮＯｘ ｔｒａｐ）は、排気ガスに含まれている窒素酸化物を吸蔵し、これを設定された条件で還元剤と反応させて除去する機能を遂行する。
ここで、窒素酸化物浄化装置が排気マニホールドの下流側に装着され、前記窒素酸化物浄化装置の下流側に前記粒子状物質ろ過装置が装着される場合に、燃料に含まれている硫黄成分が排気ガスに沿って移動し、持続的に前記窒素酸化物浄化装置に硫黄化合物形態で貯蔵される。
前記窒素酸化物浄化装置に貯蔵された硫黄化合物は、窒素酸化物浄化性能を悪化させるため、周期的に除去されなければならない。
そして、前記硫黄化合物を除去するために、前記粒子状物質ろ過装置の再生時にも必要な高温条件が必要であり、前記粒子状物質ろ過装置を再生する途中に前記窒素酸化物浄化装置で硫黄化合物を除去するプロセスが開発された。
一方、前記粒子状物質ろ過装置を再生する途中に前記窒素酸化物浄化装置で硫黄化合物を除去する時、前記窒素酸化物浄化装置が過度に加熱されて破損したり有害排出ガス浄化性能の大幅的な低下をもたらし得る。
したがって、本発明の目的は、粒子状物質ろ過装置を再生する途中に窒素酸化物浄化装置で硫黄化合物を除去するプロセスで、窒素酸化物浄化装置が過熱しないようにする排気ガス処理方法を提供することにある。
前述のように本発明の実施形態による排気ガス処理方法は、粒子状物質ろ過装置の再生条件を判断する段階、前記粒子状物質ろ過装置を再生するために排気ガスを第１設定温度に上昇させて捕集された媒煙を設定量まで除去する段階、前記粒子状物質ろ過装置が再生される間に窒素酸化物浄化装置に流入される排気ガスをリーン（空燃比＞１４．５）状態に制御する段階、前記リーン状態を維持した後、改めて窒素酸化物浄化装置に流入される排気ガスをリッチ（空燃比＜１４．５）状態に制御して前記窒素酸化物浄化装置で硫黄成分を除去する段階、および前記リーン状態と前記リッチ状態を繰り返し、前記粒子状物質ろ過装置の再生を完了したり、前記窒素酸化物浄化装置で硫黄成分の除去を完了する段階を含むことができる。
前記第１設定温度は、摂氏６００度〜７００度であってもよい。
前記窒素酸化物浄化装置の下流側に前記粒子状物質ろ過装置が装着され得る。
前記窒素酸化物浄化装置は、排気マニホールドの下流側に設置され得る。
前記排気ガスをリーン状態に制御する段階において、前記窒素酸化物浄化装置の温度を７００度以下に制御し、前記粒子状物質ろ過装置に捕集された粒子状物質を除去することができる。
前記第１設定温度に到達するために多段で温度を上昇させることができる。
前記硫黄成分を除去する段階において、前記窒素酸化物浄化装置の温度を脱硫最低温度と脱硫最高温度の間に維持することができる。
前記粒子状物質ろ過装置の再生条件は、前記粒子状物質ろ過装置に捕集された煤煙量、走行距離、走行時間、または前記粒子状物質ろ過装置の前後端差圧が設定値を超える場合を含むことができる。
前記粒子状物質ろ過装置または前記窒素酸化物浄化装置に流入される排気ガスの温度は、燃焼室に燃料を噴射するメインインジェクター、吸気空気調節機構、または後噴射インジェクターにより制御され得る。
前記粒子状物質ろ過装置の再生完了条件は、前記粒子状物質ろ過装置に捕集された煤煙量および前後端差圧が設定値以下であるか、再生時間が設定値を超えることができる。
前記窒素酸化物浄化装置の脱硫完了条件は、前記窒素酸化物浄化装置内部の硫黄成分量が設定値以下であるか、脱硫時間が設定値を超過する場合、前記硫黄成分除去段階でリッチ維持時間の合計が設定時間以上である場合になることができる。
前記窒素酸化物浄化装置の脱硫は完了したが、前記粒子状物質ろ過装置の再生が完了しなかった場合には、前記排気ガスをリーン状態に制御することができる。
前述のように本発明の実施形態による排気ガス処理方法は、粒子状物質ろ過装置を再生する途中に、窒素酸化物浄化装置で硫黄化合物を除去するために、先に排気ガスをリーン状態に制御し、その後、排気ガスをリッチ状態に制御することによって、窒素酸化物浄化装置が過熱することを未然に防止することができる。
本発明の実施形態による排気ガス後処理システムの概略的な構成図である。 本発明の実施形態による排気ガス後処理方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による排気ガス処理方法で窒素酸化物浄化装置の温度を示すグラフである。
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態による排気ガス後処理システムの概略的な構成図である。
図１に示された排気ガス後処理システムは、本発明の理解のための実施形態として理解されなければならない。なお、これに限定されるわけではなく、本発明は多様な既存のエンジンシステムに適用され得る。
図１を参照すれば、排気ガス後処理システムは、吸気ライン１００、スロットルバルブ１０５、吸気マニホールド１１０、燃焼室１２０、メインインジェクター１２５、排気マニホールド１３０、後噴射インジェクター１３２、温度センサー１３５、酸素センサー１３７、１６２、排気ライン１６０、窒素酸化物浄化装置１４０、粒子状物質ろ過装置１５０、および差圧センサー１５５を含む。
前記メインインジェクター１２５は、前記燃焼室１２０内部に燃料を噴射するように配置され、前記後噴射インジェクター１３２は、前記排気ライン１６０に燃料を後噴射するように配置される。
ここで、前記メインインジェクター１２５は、燃料の燃焼を通じてエンジン回転力を発生させる。また、前記メインインジェクター１２５と前記後噴射インジェクター１３２は、前記排気ライン１６０を通過する排気ガスの状態をリーン／リッチに制御し、排気ガスの温度を制御する。
前記酸素センサー１３７、１６２は、排気ガスに含まれている酸素の量を感知し、感知された信号を前記制御部１７０に送信し、前記制御部１７０は受信された信号に基づいて排気ガスのリーン／リッチ状態を判断する。
前記スロットルバルブ１０５は、吸気空気の量を制御し、前記温度センサー１３５は、前記排気ラインを通過する排気ガスの温度を感知し、前記差圧センサー１５５は、前記粒子状物質ろ過装置の前後端差圧を感知する。
前記制御部１７０は、前記差圧信号、走行距離、または走行時間を利用して前記粒子状物質ろ過装置１５０に捕集された媒煙を除去するための再生条件が充足されるのか判断する。
そして、前記粒子状物質ろ過装置１５０の再生条件が充足されると、排気ガスの温度を約６５０度まで上昇させて前記粒子状物質ろ過装置１５０を再生させる。
また、前記制御部１７０は、前記粒子状物質ろ過装置１５０に捕集された粒子状物質が設定された量だけ減少すると、前記窒素酸化物浄化装置１４０で硫黄化合物を除去する脱硫モードを進行する。
前記脱硫モードが始まると、前記窒素酸化物浄化装置１４０に流入される排気ガスの状態をリーン状態に維持して、前記窒素酸化物浄化装置１４０に流入される排気ガスの温度を安定的に維持する。そして、前記窒素酸化物浄化装置１４０に流入される排気ガスの状態をリッチ状態に維持して硫黄化合物を除去する。
前記排気ガスをリーン／リッチに維持する間に前記粒子状物質ろ過装置１５０は継続して再生される。
そして、前記窒素酸化物浄化装置１４０の脱硫が完了したと判断されると、排気ガスの状態をリーン状態に維持して前記粒子状物質ろ過装置１５０の再生を完了する。
図２は、本発明の実施形態による排気ガス処理方法を示すフローチャートである。
図２を参照すれば、ステップＳ２００で、前記粒子状物質ろ過装置１５０の再生条件を判断する。前記再生条件は前記粒子状物質ろ過装置１５０に捕集された煤煙量、走行距離、走行時間、または前記粒子状物質ろ過装置１５０の前後端差圧が設定値を超えることを含む。
ステップＳ２１０で、前記排気ライン１６０を流れる排気ガスの温度をＴ１（摂氏約６５０度）に上昇させる。この時、Ｔ１まで排気ガスの温度が到達するように多段で温度を上昇させることができる。前記排気ガスの温度は、前記燃焼室１２０に燃料を噴射するメインインジェクター１２５、前記排気ライン１６０に燃料を噴射する後噴射インジェクター１３２、または吸気空気調節機構を通じて制御される。
ステップＳ２２０で、前記粒子状物質ろ過装置１５０内部に捕集された粒子状物質（主に媒煙）を設定値（Ｍ１）まで除去する。ここで、設定値（Ｍ１）は、ＤＴＩ（Ｄｒｏｐ Ｔｏ Ｉｄｌｅ）またはＤＴＯ（Ｄｒｏｐ Ｔｏ Ｏｖｅｒｒｕｎ）により粒子状物質ろ過装置を破損させない値で設定され得る。
ここで、前記粒子状物質ろ過装置１５０を完全に再生した後に前記窒素酸化物浄化装置１４０で硫黄化合物を除去する場合、排気ガスの温度を高温に維持する時間が増加して燃料消耗が増加し、前記粒子状物質ろ過装置１５０と前記窒素酸化物浄化装置１４０が高温に長時間露出されて劣化し得る。
しかし、本発明では、前記粒子状物質ろ過装置１５０に捕集された粒子状物質を設定比率だけ除去し、直ちに前記窒素酸化物浄化装置１４０の脱硫モードを行うことによって燃料の消耗を低減させ、前記粒子状物質ろ過装置１５０と前記窒素酸化物浄化装置１４０が劣化することを防止することができる。
ステップＳ２３０で、前記窒素酸化物浄化装置１４０に流入される排気ガスの状態をリーン状態に維持する。したがって、前記窒素酸化物浄化装置１４０の温度は摂氏７００度以下に安定的に維持される。
そして、前記窒素酸化物浄化装置１４０に流入される排気ガスをリーン状態に維持した後、改めてリッチ状態に転換する。この時、前記窒素酸化物浄化装置１４０の温度が窒素酸化物浄化装置の脱硫最低温度と脱硫最高温度の間を維持して、窒素酸化物浄化装置内部に硫黄化合物が除去される。
ステップＳ２４０で、前記のように排気ガスがリーン状態とリッチ状態を繰り返し、ステップＳ２５０で、前記粒子状物質ろ過装置１５０の再生が完了し、前記窒素酸化物浄化装置１４０の脱硫が完了する。
前記窒素酸化物浄化装置１４０の脱硫が完了したと判断されると、前記粒子状物質ろ過装置１５０を再生するために排気ガスはリーン状態に維持される。
前記粒子状物質ろ過装置１５０の再生完了条件は、捕集された粒子状物質が設定値以下であるか、再生時間が設定時間を経過するか、前後端差圧が設定値以下である場合を含む。
前記窒素酸化物浄化装置１４０の脱硫完了条件は、内部の硫黄化合物の成分が設定値以下であるか、脱硫時間が設定値を超過する場合、前記硫黄成分除去段階でリッチ維持時間の合計が設定時間以上である場合を含む。
本発明の実施形態で、排気ガスがリーン状態に維持される時間とリッチ状態に維持される時間は予め設定され得る。あるいは、前記粒子状物質ろ過装置１５０または前記窒素酸化物浄化装置１４０に流入される排気ガスの温度により可変され得る。
図３は、本発明の実施形態による排気ガス処理方法で窒素酸化物浄化装置の温度を示すグラフである。
図３を参照すれば、横軸は時間を示し、縦軸は排気ガスの温度を示す。前記排気ガスの温度を通じて前記窒素酸化物浄化装置１４０または前記粒子状物質ろ過装置１５０の温度を推定することができる。あるいは、前記排気ガスの温度を前記窒素酸化物浄化装置１４０または前記粒子状物質ろ過装置１５０の温度と見なすことができる。
図示したように、前記粒子状物質ろ過装置１５０を再生するために約６００〜７００度の温度に排気ガスの温度を上昇させる。
そして、前記粒子状物質ろ過装置１５０が再生される途中に前記窒素酸化物浄化装置１４０の脱硫を行う。ここで、排気ガスをリーン状態からリッチ状態に繰り返す第１温度ライン、および排気ガスをリッチ状態からリーン状態に繰り返す場合の第２温度ラインは、互いに異なる特性を有する。
前記第１温度ラインで示されるように、前記窒素酸化物浄化装置１４０の温度が下降して安定する。そして、再び摂氏６５０度〜７００度の範囲で維持される。前記第２温度ラインでは、前記窒素酸化物浄化装置１４０の温度が上昇して摂氏７００度を超えるおそれがあり、これは前記窒素酸化物浄化装置１４０の熱的な破損をもたらしたり、有害排出ガス浄化性能の大幅的な低下をもたらし得る。
前述のように、前記粒子状物質ろ過装置１５０に捕集された粒子状物質を設定比率だけ除去し、直ちに前記窒素酸化物浄化装置１４０の脱硫モードを行うことによって燃料の消耗を低減させ、前記粒子状物質ろ過装置１５０と前記窒素酸化物浄化装置１４０が劣化することを防止することができる。
また、前記粒子状物質ろ過装置１５０が再生される途中に前記窒素酸化物浄化装置１４０の脱硫を行う地点で排気ガスをリーン状態に先に維持し、その後、リッチ状態に転換して前記窒素酸化物浄化装置１４０の温度を安定的に制御すると同時に劣化を防止することができる。
以上で、本発明に関する好適な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ず、本発明の実施形態から当該発明が属する技術分野における通常の知識を有する者による容易に変更されて均等であると認められる範囲のすべての変更を含む。
１００…吸気ライン
１０５…スロットルバルブ
１１０…吸気マニホールド
１２０…燃焼室
１２５…メインインジェクター
１３０…排気マニホールド
１３２…後噴射インジェクター
１３５…温度センサー
１３７、１６２…酸素センサー
１４０…窒素酸化物浄化装置
１５０…粒子状物質ろ過装置
１５５…差圧センサー
１６０…排気ライン
１７０…制御部

Claims (11)

  1. 粒子状物質ろ過装置の再生条件を判断する段階；
    前記粒子状物質ろ過装置を再生するために排気ガスを第１設定温度に上昇させて捕集された媒煙を設定量まで除去する段階；
    前記粒子状物質ろ過装置が再生される間に窒素酸化物浄化装置に流入される排気ガスをリーン状態に制御する段階；
    前記リーン状態を維持した後、改めて窒素酸化物浄化装置に流入される排気ガスをリッチ状態に制御して前記窒素酸化物浄化装置で硫黄成分を除去する段階；および
    前記リーン状態と前記リッチ状態を繰り返し、前記粒子状物質ろ過装置の再生を完了したり、前記窒素酸化物浄化装置で硫黄成分の除去を完了する段階；
    を含むことを特徴とする、排気ガス後処理方法。
  2. 前記第１設定温度は、摂氏６００度〜７００度であることを特徴とする、請求項１に記載の排気ガス後処理方法。
  3. 前記第１設定温度は、多段で段階的に上昇させて前記粒子状物質ろ過装置を保護することを特徴とする、請求項１または２に記載の排気ガス後処理方法。
  4. 前記窒素酸化物浄化装置は、排気マニホールドの下流側に設置されることを特徴とする、請求項１に記載の排気ガス後処理方法。
  5. 前記排気ガスをリーン状態に制御する段階において、前記窒素酸化物浄化装置の温度を７００度以下に制御し、前記粒子状物質ろ過装置に捕集された粒子状物質を除去することを特徴とする、請求項１に記載の排気ガス後処理方法。
  6. 前記硫黄成分を除去する段階において、前記窒素酸化物浄化装置の温度を脱硫最低温度と脱硫最高温度の間に維持することを特徴とする、請求項１に記載の排気ガス後処理方法。
  7. 前記粒子状物質ろ過装置の再生条件は、前記粒子状物質ろ過装置に捕集された煤煙量、走行距離、走行時間、または前記粒子状物質ろ過装置の前後端差圧が設定値を超えることを特徴とする、請求項１に記載の排気ガス後処理方法。
  8. 前記粒子状物質ろ過装置または前記窒素酸化物浄化装置に流入される排気ガスの温度は、燃焼室に燃料を噴射するメインインジェクター、吸気空気調節機構、または後噴射インジェクターにより制御されることを特徴とする、請求項１に記載の排気ガス後処理方法。
  9. 前記粒子状物質ろ過装置の再生完了条件は、前記粒子状物質ろ過装置に捕集された煤煙量および前後端差圧が設定値以下であるか、再生時間が設定値を超えることを特徴とする、請求項１に記載の排気ガス後処理方法。
  10. 前記窒素酸化物浄化装置の脱硫完了条件は、前記窒素酸化物浄化装置内部の硫黄成分量が設定値以下であるか、脱硫時間が設定値を超えるか、前記硫黄成分除去段階でリッチ維持時間の合計が設定時間以上であることを特徴とする、請求項１に記載の排気ガス後処理方法。
  11. 前記窒素酸化物浄化装置の脱硫は完了したが、前記粒子状物質ろ過装置の再生が完了しなかった場合には、前記排気ガスをリーン状態に制御することを特徴とする、請求項１に記載の排気ガス後処理方法。
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