JP2016020637A - Exhaust emission control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気浄化システムに関する。 The present invention relates to an exhaust purification system.
エンジンの排気浄化システムとして、例えば、特許文献1には、排気上流側から順に前段酸化触媒、ディーゼルパティキュレイトフィルタ(以下、DPF)、中段酸化触媒、選択的還元触媒(以下、SCR触媒)、後段酸化触媒を配置した構成が開示されている。
As an engine exhaust purification system, for example,
特許文献1記載の技術では、排気中の粒子状物質(以下、PM)及び窒素化合物(以下、NOx)を同時に浄化しつつ、排気高温時はバイパス通路に高温排気を導入して中段酸化触媒に吸熱させることで、SCR触媒の熱劣化防止を図っている。
In the technology described in
ところで、特許文献1記載の技術では、前段酸化触媒と中段酸化触媒との間にDPFを配置し、さらに中段酸化触媒をバイパス通路に配置しているため、構造全体が複雑となり、装置の大型化やコスト上昇等を招く課題がある。
By the way, in the technique described in
また、前段酸化触媒にサルフェートの堆積(サルフェート被毒)が進むと、DPF強制再生時のポスト噴射によって供給された未燃炭化水素(HC)が前段酸化触媒からスリップして中段酸化触媒で反応し、排気温度を過度に上昇させることで、直下流に配置されたSCR触媒の熱劣化を防止できない可能性もある。 In addition, when the accumulation of sulfate (sulfate poisoning) proceeds on the front-stage oxidation catalyst, unburned hydrocarbons (HC) supplied by post-injection during DPF forced regeneration slip from the front-stage oxidation catalyst and react with the middle-stage oxidation catalyst. Further, by excessively raising the exhaust gas temperature, there is a possibility that thermal degradation of the SCR catalyst arranged immediately downstream cannot be prevented.
また、サルフェート被毒以外にも、例えば、酸化触媒の経時的な熱劣化や、排気に流入したエンジンオイル中のリン(P)によって触媒金属が被毒すると、上述と同様のHCスリップによる排気過昇温が生じ、SCR触媒の熱劣化を防止できない可能性がある。 In addition to sulfate poisoning, if the catalyst metal is poisoned by, for example, thermal deterioration of the oxidation catalyst over time or phosphorus (P) in the engine oil that has flowed into the exhaust gas, exhaust excess due to HC slip as described above will occur. There is a possibility that the temperature rises and thermal deterioration of the SCR catalyst cannot be prevented.
本発明の目的は、酸化触媒に未燃炭化水素(HC)を供給する際の排気過昇温を防止して、SCR触媒の熱劣化を効果的に抑止することにある。 An object of the present invention is to prevent an excessive exhaust temperature rise when supplying unburned hydrocarbon (HC) to an oxidation catalyst, and effectively suppress thermal degradation of the SCR catalyst.
上述の目的を達成するため、本発明の排気浄化システムは、内燃機関の排気系に設けられて未燃炭化水素(HC)を酸化可能な第1酸化触媒と、前記第1酸化触媒よりも下流側の排気系に設けられて可溶性有機成分(SOF)を酸化可能な第2酸化触媒と、前記第2酸化触媒よりも下流側の排気系に設けられて尿素水から生成されるアンモニア(NH3)を還元剤として排気中の窒素化合物(NOx)を還元浄化する選択的還元触媒と、前記選択的還元触媒に流入する排気温度を検出する温度検出手段と、前記第1酸化触媒に未燃炭化水素(HC)を供給して前記温度検出手段で検出される排気温度を所定の目標温度まで上昇させる昇温制御を定期的に実行する昇温制御手段と、昇温制御の実行中に前記温度検出手段で検出された排気温度と目標温度との差に基づいて、当該昇温制御の次に実行される昇温制御の目標温度を補正する目標温度補正手段とを備える。 In order to achieve the above-described object, an exhaust purification system of the present invention includes a first oxidation catalyst that is provided in an exhaust system of an internal combustion engine and that can oxidize unburned hydrocarbons (HC), and is downstream of the first oxidation catalyst. A second oxidation catalyst provided in the exhaust system on the side and capable of oxidizing soluble organic components (SOF), and ammonia (NH 3) provided from the urea water provided in the exhaust system downstream from the second oxidation catalyst A selective reduction catalyst for reducing and purifying nitrogen compounds (NOx) in the exhaust gas using a reducing agent, temperature detection means for detecting an exhaust temperature flowing into the selective reduction catalyst, and unburned hydrocarbons in the first oxidation catalyst (HC) is supplied and the temperature rise control means for periodically executing the temperature rise control for raising the exhaust gas temperature detected by the temperature detection means to a predetermined target temperature; and the temperature detection during the temperature rise control. The exhaust temperature detected by the means Based on the difference between the target temperature, and a target temperature correction means for correcting the target temperature of the temperature increase control performed in the following the Atsushi Nobori control.
また、前記目標温度補正手段は、昇温制御の実行中に前記温度検出手段で検出された排気温度のピーク値が目標温度よりも高かった場合は、当該ピーク値から当該目標温度を減算した値を次に実行される昇温制御の目標温度から減算することが好ましい。 Further, the target temperature correction means is a value obtained by subtracting the target temperature from the peak value when the peak value of the exhaust temperature detected by the temperature detection means is higher than the target temperature during the temperature increase control. Is preferably subtracted from the target temperature of the temperature increase control to be executed next.
また、前記目標温度補正手段は、昇温制御の実行中に前記温度検出手段で検出された排気温度のピーク値が目標温度よりも低かった場合は、当該目標温度から当該ピーク値を減算した値を次に実行される昇温制御の目標温度に加算することが好ましい。 Further, the target temperature correction means is a value obtained by subtracting the peak value from the target temperature when the peak value of the exhaust gas temperature detected by the temperature detection means is lower than the target temperature during the temperature increase control. Is preferably added to the target temperature of the temperature increase control to be executed next.
また、前記内燃機関の燃料噴射を多段噴射で制御して前記内燃機関から排出される排気中のスート成分を低減させる燃焼制御手段さらに備えるものであってもよい。 Further, it may further comprise combustion control means for controlling the fuel injection of the internal combustion engine by multistage injection to reduce the soot component in the exhaust discharged from the internal combustion engine.
本発明の排気浄化システムによれば、酸化触媒に未燃炭化水素(HC)を供給する際の排気過昇温を防止して、SCR触媒の熱劣化を効果的に抑止することができる。 According to the exhaust purification system of the present invention, it is possible to prevent an excessive exhaust temperature rise when supplying unburned hydrocarbon (HC) to the oxidation catalyst, and to effectively suppress thermal degradation of the SCR catalyst.
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気浄化システムを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, an exhaust purification system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The same parts are denoted by the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
図1に示すように、ディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)10の各気筒には、コモンレール(不図示)に畜圧した高圧燃料を各気筒内に直接噴射するインジェクタ11がそれぞれ設けられている。これら各インジェクタ11の燃料噴射量や燃料噴射タイミングは、電子制御ユニット(以下、ECUという)60から入力される指示信号に応じてコントロールされる。
As shown in FIG. 1, each cylinder of a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 10 is provided with an
エンジン10の吸気マニホールド10Aには、新気を導入する吸気通路12が接続されている。排気マニホールド10Bには、排気を導出する排気通路16が接続されている。排気通路16には、排気上流側から順に前段後処理装置30、後段後処理装置40等が設けられている。
An
前段後処理装置30は、ケース30A内に上流側から順に第1酸化触媒31、第2酸化触媒32を配置して構成されている。第1酸化触媒31よりも上流側のケース30Aには、第1酸化触媒31の入口排気温度(以下、DOC入口温度という)を検出する第1排気温度センサ50が設けられている。また、第1酸化触媒31と第2酸化触媒32との間のケース30Aには、第1酸化触媒31の出口排気温度(以下、DOC出口温度という)を検出する第2排気温度センサ51が設けられている。これらセンサ50,51のセンサ値は、電気的に接続されたECU60に送信される。
The
第1酸化触媒31は、例えば多孔質セラミック担体にNO2生成触媒等を担持して形成されており、排気中に含まれるNOからNO2を生成する機能や、ポスト噴射によって供給される未燃炭化水素(HC)を酸化する機能を有している。
The
第2酸化触媒32は、例えば多孔質セラミック担体にSOF酸化触媒を担持して形成されており、排気に含まれるPM中の主にSOF成分を酸化浄化する機能を有している。
The
後段後処理装置40は、ケース40A内に上流側から順にSCR触媒41、第3酸化触媒42を配置して構成されている。SCR触媒41よりも上流側の排気通路16には、尿素水噴射装置43の尿素添加弁44及び、SCR触媒41に流入する排気中のNOx値を検出するNOxセンサ52が設けられている。さらに、SCR触媒41よりも上流側の排気通路16には、SCR触媒41の入口排気温度(以下、SCR入口温度という)を検出する第3排気温度センサ53が設けられている。これらセンサ52,53のセンサ値は、電気的に接続されたECU60に送信される。
The
尿素水噴射装置43は、ECU60から入力される指示信号に応じて尿素添加弁44を開閉動作させることで、SCR触媒41よりも上流側の排気通路16内に、尿素水タンク45内から尿素水ポンプ46によって圧送される尿素水を噴射する。噴射された尿素水は排気熱により加水分解されてNH3に生成され、下流側のSCR触媒41に還元剤として供給される。
The urea
SCR触媒41は、例えば多孔質セラミック担体にゼオライト等を担持して形成されている。SCR触媒41は、尿素水噴射装置43から還元剤として供給されるNH3を吸着すると共に、吸着したNH3で通過する排気中からNOxを選択的に還元浄化する。
The
第3酸化触媒42は、例えば多孔質セラミック担体に酸化触媒を担持して形成されており、SCR触媒41から下流側にスリップしたNH3を酸化する機能を有している。
The
ECU60は、エンジン10等の各種制御を行うもので、公知のCPUやROM、RAM、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。また、ECU60は、図2に示すように、PM低減燃焼制御部61と、昇温制御部62と、目標温度補正部63とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるECU60に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
The ECU 60 performs various controls of the
PM低減燃焼制御部61は、各インジェクタ11の燃料噴射をマルチ噴射で制御することで、排気に含まれるPM中の主にスート成分を低減させるPM低減噴射制御を実行する。このように、本実施形態では、PM中のスート成分をエンジン10の燃焼制御によって低減し、PM中のSOF成分を第2酸化触媒32で酸化浄化することにより、DPFを省略してもPMの大気への放出を効果的に抑制できるように構成されている。なお、このPM低減噴射制御と併せて、何れも図示しない可変容量型過給機やEGR装置の開度を調整して過給圧を上昇させる制御を実行してもよい。
The PM reduction
昇温制御部62は、(1)第1酸化触媒31に堆積したサルフェートの除去、(2)尿素水から生成された白色堆積物の除去、(3)エンジン10から排出されてSCR触媒41に堆積したHCの除去及び、(4)SCR触媒41に吸蔵されたNH3の除去により推定NH3吸蔵量と実NH3吸蔵量との誤差修正を目的とする昇温制御を実行する。本実施形態において、この昇温制御は排気行程で所定量の燃料を噴射するポスト噴射によって第1酸化触媒31に未燃炭化水素(HC)を供給し、酸化反応熱で排気温度を昇温することで実現される。以下、昇温制御の詳細を図3のフローチャートに基づいて説明する。
The temperature raising control unit 62 (1) removes the sulfate deposited on the
ステップ(以下、ステップを単にSという)100では、前回の昇温制御完了から現在までの経過時間(以下、インターバルという)が所定の第1閾値時間に達したか否かが判定される。インターバルが第1閾値時間に達した場合(Yes)、本制御はS110に進みパージフラグFをオンにする。 In step (hereinafter, simply referred to as S) 100, it is determined whether or not an elapsed time (hereinafter referred to as an interval) from the completion of the previous temperature increase control to the present has reached a predetermined first threshold time. When the interval reaches the first threshold time (Yes), the present control proceeds to S110 and the purge flag F is turned on.
S120では、第1排気温度センサ50で検出されるDOC入口温度が触媒活性状態を示す所定の第1閾値温度以上か否かが判定される。さらに、S130では、第2排気温度センサ51で検出されるDOC出口温度が第1閾値温度以上か否かが判定される。これら何れの条件も満たす場合(Yes)は、S140に進む。一方、これら何れかの条件を満たさない場合(No)は、パージフラグFをオンにしたまま待機状態となる。
In S120, it is determined whether or not the DOC inlet temperature detected by the first
S140では、第3排気温度センサ53で検出されるSCR入口温度が所定の目標温度Tnとなるように排気温度を上昇させるポスト噴射が開始される。この目標温度Tnは、後述する目標温度補正部63によって必要に応じて補正される。
In S140, the post-injection SCR inlet temperature detected by the third
S150では、第1排気温度センサ50で検出されるDOC入口温度が第1閾値温度以上を維持しているか否かが判定され、さらに、S160では、第2排気温度センサ51で検出されるDOC出口温度が第1閾値温度を維持しているか否かが判定される。これら何れの条件も満たす場合(Yes)はS170に進む一方、これら何れかの条件を満たさない場合(No)は、再び条件が満たされるまでポスト噴射は中断される。
In S150, it is determined whether or not the DOC inlet temperature detected by the first
S170では、ポスト噴射の累積噴射量が所定の上限噴射量に達したか否かが判定される。累積噴射量が上限噴射量に達した場合(Yes)は、S200でパージフラグFをオフにして本制御は終了する(昇温制御:失敗)。一方、累積噴射量が上限噴射量に達していない場合(No)はS180に進む。 In S170, it is determined whether or not the cumulative injection amount of post injection has reached a predetermined upper limit injection amount. If the cumulative injection amount has reached the upper limit injection amount (Yes), the purge flag F is turned off in S200, and the present control ends (temperature increase control: failure). On the other hand, when the cumulative injection amount has not reached the upper limit injection amount (No), the process proceeds to S180.
S180では、昇温制御の終了判定が実行される。この昇温制御の終了は、第2排気温度センサ51が上述の(1)〜(4)に規定したサルフェート、白色堆積物、HC、NH3を除去可能な所定の第2閾値温度以上を計測した累積時間に基づいて判定される。累積時間が所定の第2閾値時間に達した場合(Yes)は、S190に進みパージフラグFをオフにして本制御は終了する(昇温制御:成功)。一方、累積時間が第2閾値時間に達していない場合(No)は、昇温制御を継続すべく本制御はS140に戻される。
In S180, termination determination of the temperature rise control is executed. The end of the temperature increase control was measured by the second
目標温度補正部63は、昇温制御中に第3排気温度センサ53で検出されるSCR入口温度に基づいて目標温度Tnを増減させる温度補正を実行する。具体的には、n回目(nは1以上の自然数)の昇温制御中に第3温度センサ53で検出されたSCR入口温度のピーク値Tpeak_nをECU60の図示しない記録部に記録させておき、n+1回目の昇温制御を実行する際は、その目標温度Tn+1をn回目の目標温度Tnとピーク値Tpeak_nとの差ΔTn(=Tn−Tpeak_n)に応じて増減補正する。例えば、図4に示すように、n回目のピーク値Tpeak_nが目標温度Tnよりも高かった場合は、その差ΔTnだけn+1回目の目標温度Tn+1を減少させる(Tn+1=Tn−(Tpeak_n−Tn))。さらに、n+1回目のピーク値Tpeak_n+1が目標温度Tn+1よりも低かった場合は、その差ΔTn+1だけn+2回目の目標温度Tn+2を増加させる(Tn+2=Tn+1+(Tn+1−Tpeak_n+1))。このように、昇温制御中のSCR入口温度と目標温度との差に応じて次回以降の目標温度を段階的に増減補正することで、SCR触媒41の過昇温を効果的に抑止することができる。
The target
次に、本実施形態に係る排気浄化システムの作用効果を説明する。 Next, the effect of the exhaust gas purification system according to this embodiment will be described.
本実施形態の排気浄化システムは、排気上流側から順にNO2を生成する第1酸化触媒31、未燃燃料や潤滑油等を主成分とするPM中のSOF成分を酸化浄化する第2酸化触媒32、NOxを還元浄化するSCR触媒41、NH3スリップを防止する第3酸化触媒42を配置して構成されている。さらに、エンジン10の燃料噴射は、マルチ噴射によりPM中の主にスート成分を低減させるPM低減噴射によって制御されるようになっている。すなわち、PM中のスート成分等をエンジン10の燃焼制御によって低減し、SOF成分を第2酸化触媒32で浄化することで、DPFを用いることなく排気エミッション性能を効果的に維持できるように構成されている。したがって、DPFを省略することが可能となり、装置の大型化やコスト上昇を効果的に抑制することができる。
The exhaust purification system of this embodiment includes a
また、DPFを省略したことで、ポスト噴射や排気管内噴射によるフィルタ強制再生を行う必要が無くなり、燃費性能を効果的に向上することができる。また、DPFの省略によって、アッシュを除去するDPFの定期的な掃除等が不要になり、メンテナンス性も効果的に向上することができる。 Further, by omitting the DPF, it is not necessary to perform forced regeneration by post injection or in-pipe injection, and fuel efficiency can be improved effectively. Further, the omission of the DPF eliminates the need for periodic cleaning of the DPF for removing ash, and the maintenance performance can be effectively improved.
また、第1酸化触媒31のサルフェート被毒に対しては定期的な昇温制御によって除去すること可能だが、リン被毒や経時的な熱劣化に対しては対応できない課題がある。そのため、これらリン被毒や経年熱劣化の影響を考慮することなく昇温制御を行うと、図5に示すように、HCスリップによってSCR入口温度がDOC出口温度に対して高くなり、排気過昇温によるSCR触媒41の劣化を防止できない可能性がある。
In addition, the sulfate poisoning of the
本実施形態の排気浄化システムは、サルフェート被毒に対しては昇温制御を定期的に行うことで確実に除去しつつ、リン被毒や経年劣化に対しては昇温制御の目標温度を適宜補正することで、昇温制御中のHCスリップを効果的に防止するように構成されている。したがって、昇温制御中の排気過昇温を効果的に抑制することが可能となり、SCR触媒41の熱劣化を確実に防止することができる。
The exhaust purification system of the present embodiment reliably removes sulfate poisoning by periodically performing temperature rise control, while appropriately setting a target temperature for temperature rise control for phosphorus poisoning and aging deterioration. By correcting, it is configured to effectively prevent HC slip during temperature rise control. Therefore, it is possible to effectively suppress the exhaust excessive temperature rise during the temperature rise control, and the thermal deterioration of the
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change suitably and can implement.
例えば、昇温制御はポスト噴射で行うものとして説明したが、第1酸化触媒31よりも上流側の排気通路16に燃料噴射装置を設けて排気管噴射で行うように構成してもよい。
For example, although the temperature increase control has been described as being performed by post injection, a fuel injection device may be provided in the
10 エンジン
11 インジェクタ
16 排気通路
30 前段後処理装置
31 第1酸化触媒
32 第2酸化触媒
40 後段後処理装置
41 SCR触媒
42 第3酸化触媒
50 第1排気温度センサ
51 第2排気温度センサ
53 第3排気温度センサ
60 ECU
61 PM低減燃焼制御部
62 昇温制御部
63 目標温度補正部
DESCRIPTION OF
61 PM reduction
Claims (4)
前記第1酸化触媒よりも下流側の排気系に設けられて可溶性有機成分(SOF)を酸化可能な第2酸化触媒と、
前記第2酸化触媒よりも下流側の排気系に設けられて尿素水から生成されるアンモニア(NH3)を還元剤として排気中の窒素化合物(NOx)を還元浄化する選択的還元触媒と、
前記選択的還元触媒に流入する排気温度を検出する温度検出手段と、
前記第1酸化触媒に未燃炭化水素(HC)を供給して前記温度検出手段で検出される排気温度を所定の目標温度まで上昇させる昇温制御を定期的に実行する昇温制御手段と、
昇温制御の実行中に前記温度検出手段で検出された排気温度と目標温度との差に基づいて、当該昇温制御の次に実行される昇温制御の目標温度を補正する目標温度補正手段と、を備える
排気浄化システム。 A first oxidation catalyst provided in an exhaust system of an internal combustion engine and capable of oxidizing unburned hydrocarbon (HC);
A second oxidation catalyst provided in an exhaust system downstream of the first oxidation catalyst and capable of oxidizing soluble organic components (SOF);
A selective reduction catalyst that is provided in an exhaust system downstream of the second oxidation catalyst and that reduces and purifies nitrogen compounds (NOx) in the exhaust gas using ammonia (NH3) generated from urea water as a reducing agent;
Temperature detecting means for detecting an exhaust temperature flowing into the selective reduction catalyst;
A temperature increase control means for periodically performing a temperature increase control for supplying unburned hydrocarbon (HC) to the first oxidation catalyst and increasing the exhaust temperature detected by the temperature detection means to a predetermined target temperature;
Based on the difference between the exhaust temperature detected by the temperature detection means and the target temperature during the temperature increase control, the target temperature correction means corrects the target temperature of the temperature increase control executed next to the temperature increase control. And an exhaust purification system.
昇温制御の実行中に前記温度検出手段で検出された排気温度のピーク値が目標温度よりも高かった場合は、当該ピーク値から当該目標温度を減算した値を次に実行される昇温制御の目標温度から減算する
請求項1に記載の排気浄化システム。 The target temperature correction means includes
When the peak value of the exhaust temperature detected by the temperature detection means is higher than the target temperature during the temperature increase control, the temperature increase control is executed next by subtracting the target temperature from the peak value. The exhaust gas purification system according to claim 1, wherein the exhaust gas purification system is subtracted from a target temperature.
昇温制御の実行中に前記温度検出手段で検出された排気温度のピーク値が目標温度よりも低かった場合は、当該目標温度から当該ピーク値を減算した値を次に実行される昇温制御の目標温度に加算する
請求項1又は2に記載の排気浄化システム。 The target temperature correction means includes
When the peak value of the exhaust temperature detected by the temperature detection means during execution of the temperature increase control is lower than the target temperature, the temperature increase control is executed next by subtracting the peak value from the target temperature. The exhaust gas purification system according to claim 1 or 2, wherein the exhaust gas purification system is added to the target temperature.
請求項1から3の何れか一項に記載の排気浄化システム。 The exhaust emission control system according to any one of claims 1 to 3, further comprising combustion control means for controlling fuel injection of the internal combustion engine by multi-stage injection to reduce a soot component in exhaust discharged from the internal combustion engine.
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