JP2017048744A - Exhaust emission control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの排気浄化システムに関する。 The present invention relates to an engine exhaust purification system.
ディーゼルエンジンを駆動源として搭載した作業機械では、エンジン排気中に含まれる粒子状物質(以下、PM)の排出量に対する規制がNOx、CO、HC等とともに強化されている。そのため、エンジン排気中のPMを捕集するパティキュレートフィルタ(以下、DPF)を備えた排気浄化システムが提唱されている。 In a work machine equipped with a diesel engine as a drive source, restrictions on the emission amount of particulate matter (hereinafter referred to as PM) contained in engine exhaust are strengthened together with NOx, CO, HC, and the like. Therefore, an exhaust purification system including a particulate filter (hereinafter referred to as DPF) that collects PM in engine exhaust has been proposed.
この種の排気浄化システムでは、DPFの内部のPMの堆積量が増加すると、DPFで目詰まりが生じて通気性が次第に損なわれ、エンジンの性能が低下する可能性がある。これに対し、DPFの上流側に酸化触媒を設け、排気管インジェクタから噴射した燃料を酸化触媒で酸化燃焼させてエンジン排気を昇温させ、DPFに堆積したPMを燃焼除去する方法がある(例えば、特許文献1等を参照)。 In this type of exhaust purification system, when the amount of accumulated PM in the DPF increases, the DPF may become clogged and the air permeability may be gradually deteriorated, resulting in a decrease in engine performance. On the other hand, there is a method in which an oxidation catalyst is provided on the upstream side of the DPF, the fuel injected from the exhaust pipe injector is oxidized and burned by the oxidation catalyst, the temperature of the engine exhaust is raised, and PM deposited on the DPF is burned and removed (for example, See Patent Document 1).
酸化触媒は繰り返しの使用に伴い劣化(被毒)し得る。このような場合、噴射した燃料を酸化触媒で十分に酸化燃焼させることができず、エンジン排気を十分に昇温させることができない。そうすると、DPFに堆積したPMを燃焼除去することができなくなる可能性がある。 Oxidation catalysts can degrade (poison) with repeated use. In such a case, the injected fuel cannot be sufficiently oxidized and burned by the oxidation catalyst, and the engine exhaust cannot be sufficiently heated. Then, there is a possibility that PM deposited on the DPF cannot be removed by combustion.
特許文献1は、酸化触媒の発熱量が適切か否かを判断し、その判断に応じて燃料の噴射量を増減させて酸化触媒の劣化を防止するものであり、酸化触媒が劣化した場合に酸化触媒を再生させることは困難である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、酸化触媒が劣化しているか否かを判断し、酸化触媒が劣化していると判断した場合には、還元剤供給量を減少させるとともに加熱装置を稼働させることにより、余剰燃料の発生を抑制しつつ酸化触媒を迅速に再生させることができる排気浄化システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is determined whether or not the oxidation catalyst has deteriorated. When it is determined that the oxidation catalyst has deteriorated, the reducing agent supply amount is reduced and the heating device is reduced. It is an object of the present invention to provide an exhaust purification system capable of quickly regenerating an oxidation catalyst while suppressing the generation of surplus fuel by operating the engine.
上記目的を達成するため、本発明は、エンジンの排気通路に設けられ、エンジン排気中の粒子状物質を捕集するフィルターと、前記フィルターの上流側に設けられた酸化触媒と、前記酸化触媒に還元剤を供給する還元剤供給部と、前記排気通路に設けられた温度センサと、前記酸化触媒を加熱する加熱装置と、前記温度センサの検出値に基づき、前記酸化触媒における前記エンジン排気の温度上昇率を算出する算出部と、前記温度上昇率と予め設定した閾値とを比較し、前記酸化触媒が劣化しているか否かを判断する判断部と、前記判断部が前記酸化触媒が劣化していると判断した場合に、前記還元剤供給部による還元剤の供給量を減少させるとともに、前記加熱装置を稼働させる制御部とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a filter provided in an exhaust passage of an engine for collecting particulate matter in engine exhaust, an oxidation catalyst provided on the upstream side of the filter, and the oxidation catalyst. Based on a detection value of the temperature sensor, a temperature sensor provided in the exhaust passage, a temperature sensor provided in the exhaust passage, a heating device for heating the oxidation catalyst, and a temperature detected by the temperature sensor. A calculation unit that calculates an increase rate, a determination unit that compares the temperature increase rate with a preset threshold value to determine whether or not the oxidation catalyst has deteriorated, and the determination unit that deteriorates the oxidation catalyst. And a control unit that operates the heating device while reducing the supply amount of the reducing agent by the reducing agent supply unit.
本発明によれば、酸化触媒が劣化しているか否かを判断し、酸化触媒が劣化していると判断した場合には、還元剤供給量を減少させるとともに加熱装置を稼働させることにより、余剰燃料の発生を抑制しつつ酸化触媒を迅速に再生させることができる排気浄化システムを提供することができる。 According to the present invention, it is determined whether or not the oxidation catalyst is deteriorated, and when it is determined that the oxidation catalyst is deteriorated, the surplus is reduced by reducing the supply amount of the reducing agent and operating the heating device. It is possible to provide an exhaust purification system that can quickly regenerate an oxidation catalyst while suppressing the generation of fuel.
(構成)
1.建設機械
図1は、本発明の一実施形態に係る作業機械の一部透視側面図である。図1に示すように、本実施形態では、作業機械としていわゆるハイブリッド式の油圧ショベルを例にして説明する。
(Constitution)
1. Construction Machine FIG. 1 is a partially transparent side view of a work machine according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in this embodiment, a so-called hybrid hydraulic excavator will be described as an example of a work machine.
図1に示すように、油圧ショベル1は、走行体10、走行体10上に旋回可能に設けた旋回体20、及び旋回体20に俯仰動可能に設けたショベル機構(フロント作業機)30を備えている。
As shown in FIG. 1, a
走行体10は、油圧ショベル1を自力走行させるためのものである。走行体10は、左右一対のクローラ11a,11b及びクローラフレーム12a,12b、左右のクローラ11a,11bをそれぞれ駆動する走行用油圧モータ13,14、並びに走行用油圧モータ13,14の減速機(不図示)等を備えている。クローラ11a,11b及びクローラフレーム12a,12bについては、それぞれ左側のもののみ図1に図示する。
The
旋回体20は、旋回フレーム21を介してクローラフレーム12a,12bの上部に搭載されている。旋回フレーム21は、旋回輪を介してクローラフレーム12a,12bの上部に鉛直軸を中心に旋回可能に設けてある。特に図示していないが、旋回輪はクローラフレーム12a,12bに接続した内輪と旋回フレーム21に接続した外輪を備えていて、内輪に対して外輪が旋回するように構成されている。旋回フレーム21上には、旋回用電動モータ(オルタネータ)25及び旋回用油圧モータ27が設けられている。旋回用電動モータ25は、旋回用油圧モータ27とともに旋回輪の外輪に支持されていて、減速機26を介して内輪の内歯車に出力軸を噛合させている。旋回用油圧モータ27は、旋回用電動モータ25と同軸に設けられている。また、旋回用電動モータ25には、蓄電装置であるキャパシタ24が接続されていて、キャパシタ24からの給電により旋回用電動モータ25が駆動される。この構成より、旋回用油圧モータ27及び旋回用電動モータ25の駆動力が減速機26を介して旋回輪に伝達され、走行体10に対して旋回フレーム21とともに旋回体20が旋回する。
The revolving
ショベル機構30は、ブーム31、アーム33、バケット35を備えた多関節構造のフロント作業機である。ブーム31は、旋回体20の旋回フレーム21に上下方向に俯仰動可能にピン等で連結されている。アーム33は、ブーム31の先端部に前後方向に回動可能にピン等で連結されている。バケット35は、アーム33の先端部に回動可能にピン等で連結されている。ブーム31、アーム33及びバケット35は、ブームシリンダ32、アームシリンダ34及びバケットシリンダ36でそれぞれ駆動される。ブームシリンダ32、アームシリンダ34及びバケットシリンダ36は油圧シリンダである。
The
上述の旋回フレーム21上には、各種アクチュエータを駆動するための駆動システムが搭載されている。駆動システムには、油圧アクチュエータを駆動する油圧システム40、及び電動アクチュエータを駆動する電動システムが含まれる。油圧システム40は、上述した走行用油圧モータ13,14、旋回用油圧モータ27、ブームシリンダ32、アームシリンダ34、バケットシリンダ36等を駆動する。電動システムは、アシスト発電モータ23や旋回用電動モータ25等を駆動する。
A drive system for driving various actuators is mounted on the revolving
2.排気浄化システム
図2は、本実施形態に係る排気浄化システムの概略図である。本実施形態では、油圧ショベル1(図1を参照)に排気浄化システムを適用した場合を例示する。
2. FIG. 2 is a schematic view of an exhaust purification system according to the present embodiment. In this embodiment, the case where an exhaust gas purification system is applied to the hydraulic excavator 1 (see FIG. 1) is illustrated.
図2に示すように、排気浄化システム100は、酸化触媒41、DPF42、温度センサ43,44、差圧センサ45、ヒータ46、電流供給部60及び制御装置70を備えている。なお、排気浄化システム100は、上述した構成要素以外にSCR触媒、後段酸化触媒、サイレンサー等を備えているが、図2では省略している。
As shown in FIG. 2, the
DPF(Diesel Particulate Filter)42は、エンジン22の排気通路47の途中に配置してある。DPF42は、排気通路47を流れるエンジン排気48中のPMを捕集するためのフィルタである。
A DPF (Diesel Particulate Filter) 42 is arranged in the middle of the
酸化触媒41は、触媒容器(不図示)等に収容されて、DPF42に対してエンジン排気48の流れ方向の上流側に位置するように排気通路47の途中に配置してある。酸化触媒41としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属の少なくとも1種類をチタニア、ジルコニア、アルミナ等に担時した触媒成分をコージェライトハニカム構造体などに担時した触媒などが好適であるが、エンジン排気48中の一酸化窒素(NO)、一酸化炭化(CO)、炭化水素(HC)等を酸化できる触媒であれば良い。
The
酸化触媒41は、エンジン排気48中のNOの一部を酸化して二酸化窒素(NO2)に変換する。そのため、上述のように、酸化触媒41をDPF42の上流側に配置することにより、DPF42で捕集され堆積しているPMは、比較的低温(例えば、350℃)で酸化触媒41から供給されたNO2と反応して酸化される。
The
また、酸化触媒41は、エンジン排気48中にHC(未燃燃料)やCO等が存在する場合、これらを酸化する。本実施形態では、エンジン22のインジェクタ49からエンジン筒内に燃料を噴射(メイン噴射)した後、再度、インジェクタ49からエンジン筒内に燃料を噴射(ポスト噴射)する。このとき、メイン噴射に対してポスト噴射のタイミングを大幅に遅らせると、インジェクタ49から噴射された燃料はエンジン筒内で燃焼せず、大量の未燃燃料として排気通路47に排出される。排気通路47に排出された未燃燃料は、上述のように、酸化触媒41により酸化される。そうすると、酸化触媒41において酸化熱が発生し、エンジン排気48が昇温する。そして、昇温したエンジン排気48により、酸化触媒41に対してエンジン排気48の流れ方向の下流側に配置されたSCR触媒が昇温する。このように、本実施形態では、エンジン22のインジェクタ49を酸化触媒41に還元剤(燃料)を供給する還元剤供給部として機能させ、ポスト噴射によりインジェクタ49から酸化触媒41に還元剤を供給する。なお、エンジン22のピストン、クランクシャフト、コネクティングロッド等の摺動各部には、エンジンオイル潤滑機構(不図示)によりエンジンオイルが潤滑されている。
Further, the
図3は図2の矢印III−III線による矢視断面図、図4は本実施形態に係るヒータ46を酸化触媒41側から見た図である。
3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2, and FIG. 4 is a view of the
図3に示すように、酸化触媒41は触媒担体50に担持され、この触媒担体50は支持材51及びケーシング52によって支持されている。
As shown in FIG. 3, the
触媒担体50は、触媒成分を担持したものである。支持材51及びケーシング52は円筒状の部材であり、ケーシング52は支持材51の外周部を、支持材51は触媒担体50の外周部を覆っている。ケーシング52は金属製である。
The
ヒータ(加熱装置)46は、ブラケット53,54、外側ケーシング55,56、加熱部57,58及び断熱材59,61を備えている。ヒータ46は、酸化触媒41を含む触媒容器に対して着脱可能に設けられている。
The heater (heating device) 46 includes
外側ケーシング55,56は金属製の部材で、ケーシング52の周囲を覆うように酸化触媒41に装着した状態で円筒状に形成されている。外側ケーシング55,56は、互いの対向端部にブラケット53,54を備えており(図4を参照)、酸化触媒41を挟持してボルト53A,53B,54A,54Bによりブラケット53,54を締結することにより酸化触媒41に対して装着されている。
The
加熱部57,58は、ヒータ46を酸化触媒41に装着した状態でケーシング52に対向するように外側ケーシング55,56の内周面に設けられている。本実施形態の加熱部57,58は電熱線(ニクロム線など)であり、外側ケーシング55,56の内周面を全体的にカバーするように、これら内周面に沿って蛇行させてある(図4を参照)。この加熱部57,58と外側ケーシング55,56との間には上記断熱材59,61が介在させてあり、外側ケーシング55,56を介する放熱が抑制される。本実施形態では、断熱材59,61の表面を加熱部57,58に接触させ、加熱部57,58が断熱材59,61で支持されている。断熱材59,61としては、アルミナーシリケートセラミックファイバー、アルミナファイバー、ジルコニアファイバー、シリカファイバー、ロックウール、石綿等の無機質ファイバー、ナイロン、ケプラー等の有機質ファイバー、ウレタン等の発泡体の成形体、又はこれらを組み合わせたものを利用することができる。
The
先に図2に示したように、このヒータ46には電流供給部60を介してキャパシタ24及び旋回用電動モータ25が接続されている。本実施形態では、電流供給部60は、旋回用電動モータ25による回生で得られた電力、キャパシタ24に蓄えられた電力等をヒータ46の電源として利用している。
As shown in FIG. 2, the
電流供給部60は、リレースイッチ64及びコイル65を備えている。リレースイッチ64は、ON位置(接続位置)とOFF位置(遮断位置)とに切り換え可能に構成されている。本実施形態では、コイル65に電流(制御装置70からの指令信号)が流れていない場合、リレースイッチ64はOFF位置にあり、ヒータ46に電流が供給されない。一方、コイル65に電流が流れると、リレースイッチ64はOFF位置からON位置に切り換わってヒータ46に電流が供給され、ヒータ46により酸化触媒41が加熱される。
The
図2に示すように、温度センサ(上流側排気温度センサ)43は、酸化触媒41に対してエンジン排気48の流れ方向の上流側(エンジン22と酸化触媒41の間)に位置するように排気通路47の途中に設けられている。温度センサ(下流側排気温度センサ)44は、酸化触媒41に対してエンジン排気48の流れ方向の下流側(酸化触媒41とDPF42の間)に位置するように排気通路47の途中に設けられている。
As shown in FIG. 2, the temperature sensor (upstream exhaust temperature sensor) 43 is exhausted so as to be positioned upstream of the
差圧センサ45は、DPF42の前後差圧を検出するためのものであり、上流側圧力センサ45A及び下流側圧力センサ45Bを備えている。上流側圧力センサ45Aは、DPF42に対してエンジン排気48の流れ方向の上流側(酸化触媒41とDPF42の間)に位置するように排気通路47の途中に設けられている。下流側圧力センサ45Bは、DPF42に対してエンジン排気48の流れ方向の下流側に位置するように排気通路47の途中に設けられている。
The
制御装置(ECU(Engine Contro1 Unit))70は、CPU等を備えていて、例えば、エンジン22の回転数やトルクを制御したり、差圧センサ45により検出された差圧に基づいてDPF42の詰まり具合を判断し、DPF42の再生の要否を判断する機能を有している。
A control device (ECU (Engine Control Unit 1)) 70 includes a CPU and the like, for example, controls the rotational speed and torque of the
図2に示すように、制御装置70には、温度センサ43,44及び差圧センサ45からの検出信号が入力される。つまり、制御装置70は、温度センサ43,44及び差圧センサ45と電気的に接続している。制御装置70は、温度センサ43,44により検出された酸化触媒41の上流側及び下流側のエンジン排気48の温度、差圧センサ45により検出されたDPF42の上流側と下流側の差圧を入力する。また、制御装置70は、エンジン22の吸気制御弁55、EGR弁56、インジェクタ49等の各種デバイス類に(指令)信号を出力する。
As shown in FIG. 2, detection signals from the
図5は、制御装置70の要部を示す概略図である。図5に示すように、制御装置70は、算出部71、判断部72、記憶部73及び制御部74を備えている。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a main part of the
算出部71は、温度センサ43,44の検出値を入力し、入力した検出値に基づき、酸化触媒41におけるエンジン排気48の温度上昇率ΔTdを算出する機能を有する。温度上昇率ΔTdは、単位時間(設定時間)当たりのエンジン排気48の温度上昇量である。
The calculation unit 71 has a function of inputting detection values of the
判断部72は、算出部71と接続している。判断部72は、算出部71により算出された温度上昇率ΔTdと予め設定した閾値(設定値)ΔTsを比較して酸化触媒41が劣化しているか否かを判断し、酸化触媒41が劣化している場合にはその劣化度合いを特定し、劣化度合いに応じた信号を出力する機能を有する。以下、詳しく説明する。
The
図6は、酸化触媒41の劣化判断マップの概念を模式的に示した図である。図6において、縦軸は温度上昇量、横軸は時間を示し、線Aは新品、線Bは劣化度合い「1」、線Cは劣化度合い「2」の酸化触媒の温度上昇率を示している。なお、本実施形態では、劣化度合い「2」の酸化触媒は、劣化度合い「1」の酸化触媒より劣化しているとする。図6に例示した劣化判断マップは、例えば、記憶部73に記憶されている。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating the concept of a deterioration determination map of the
図6に示すように、酸化触媒41の温度上昇率は劣化度合いで異なっていて、酸化触媒41の劣化度合いが大きくなるに従い、還元剤供給量が同一の条件下でも温度上昇率が低下する。判断部72は、酸化触媒41の劣化判断マップに基づき、算出部71から入力した酸化触媒41の温度上昇率ΔTdが閾値ΔTs以下の場合(傾きが小さい場合)に酸化触媒41が劣化していると判断し、その劣化度合いを特定する機能を有する。図6の場合、温度上昇率の閾値をΔTstとすると、線Aで示す温度上昇率ΔTdAは閾値ΔTstより上側(傾きが大きい)、線B,Cで示す温度上昇率ΔTdB,ΔTdCは閾値ΔTstより下側(傾きが小さい)にある。仮に、算出部71で算出された温度上昇率がΔTdBであれば、判断部72は、酸化触媒41は劣化していると判断し、その劣化度合いを「1」と特定する。なお、劣化度合い「1」、劣化度合い「2」等は酸化触媒41の劣化度合いを示す表現の一例である。
As shown in FIG. 6, the rate of temperature increase of the
図5に示すように、制御部74は、還元剤供給量制御部75及び加熱制御部76を備えている。
As shown in FIG. 5, the
還元剤供給量制御部75は、還元剤供給部49と接続している。還元剤供給量制御部75は、判断部72からの信号を入力し、酸化触媒41の劣化度合いと還元剤供給部49からの還元剤供給量の減少量との関係を示すテーブルから、酸化触媒41の劣化度合いに応じて還元剤供給部49からの還元剤供給量を減少させる機能を有する。還元剤減少量は、酸化触媒41の劣化度合いによって決定されるため、酸化触媒41の劣化度合いが大きいと、その分、還元剤減少量も増加する。酸化触媒41の劣化度合いと還元剤供給部49からの還元剤供給量の減少量との関係を示すテーブルは、例えば、記憶部73に記憶されている。
The reducing agent supply
加熱制御部76は、電流供給部60に接続している。加熱制御部76は、還元剤供給部49からの還元剤供給量の減少による酸化触媒41における発生熱量の減少分に相当する熱量(供給熱量)を取得する機能を有する。本実施形態では、加熱制御部76は、還元剤供給部49からの還元剤供給量の減少量を入力し、還元剤供給部49からの還元剤供給量の減少量と供給熱量との関係を示すテーブルから酸化触媒41への供給熱量を取得する。なお、還元剤供給部49からの還元剤供給量の減少量と供給熱量との関係を示すテーブルは、例えば、記憶部73に記憶されている。また、酸化触媒41の劣化度合いと還元剤供給部49からの還元剤供給量の減少量との関係を示すテーブルと、還元剤供給部49からの還元剤供給量の減少量と供給熱量との関係を示すテーブルとは、別のテーブルでも良いが、酸化触媒41の劣化度合いに対して還元剤供給量の減少量及び供給熱量が関連付けられたテーブルでも良い。
The
ここで、ヒータ46への供給熱量の算出方法について説明する。
Here, a method for calculating the amount of heat supplied to the
図7は、酸化触媒41の浄化性能を示す図である。図7は、HCに対する酸化触媒41の浄化性能を例示していて、縦軸はHC浄化率、横軸は排気温度を示し、線Dは新品、線Eは劣化した酸化触媒を示している。
FIG. 7 is a diagram showing the purification performance of the
図7に示すように、酸化触媒41が劣化すると、HC浄化性能は高温側にシフトする(線Dから線Eにシフトする)。つまり、酸化触媒41が劣化した場合、酸化触媒41が新品の場合におけるHC浄化率と同じ浄化率を得るためには、より高い排気温度が必要となる。ヒータ46への供給熱量は、この高温側にシフトした分に相当する熱量を算出することにより得られる。算出された熱量は、還元剤供給部45からの還元剤供給量の減少による酸化触媒41における発生熱量の減少分と等しくなる。
As shown in FIG. 7, when the
上述の機能に加え、加熱制御部76は、記憶部73から取得した供給熱量が酸化触媒41に供給されるように、コイル65に電流を供給して電流供給部60を稼働させヒータ46に電流を供給する機能を有している。
In addition to the above-described function, the
本実施形態では、加熱制御部76は、リレースイッチ64をON位置で維持する時間(通電時間)を制御している。具体的に、加熱制御部76は、供給熱量とコイル65に電流を供給する時間との関係を示すテーブルから通電時間を取得する。なお、供給熱量とコイル65に電流を供給する時間との関係を示すテーブルは、例えば、記憶部73に記憶されている。ヒータ46に供給する電流の大きさ(電流値)は、例えば、目標の電流値(目標電流値)を設定し、初期段階は目標電流値を超える電流値まで上昇させて、その後、目標電流値に徐々に近づけるようにすれば良い。なお、リレースイッチ64をON位置で維持する時間を制御する構成に限らず、例えば、ヒータ46に供給する電流又は電圧を直接制御する構成としても良い。
In the present embodiment, the
(動作)
図8は、本実施形態に係る制御装置70による酸化触媒41の再生のための手順を示したフローチャートである。
(Operation)
FIG. 8 is a flowchart showing a procedure for regenerating the
油圧ショベル1のエンジン22が始動すると、制御装置70は、温度センサ43で検出した排気温度Tnが設定温度Te以上であるか否かに基づき、エンジン22の運転領域が酸化触媒41の活性領域にあるか否かを判定する(ステップS1)。排気温度Tnが設定温度Te以上の場合(Yes)、制御装置70はステップS1からステップS2に手順を移す。反対に、排気温度Tnが設定温度Te未満である場合(No)、制御装置70は排気温度Tnが設定温度Te以上になるまでステップS1を繰り返す。
When the
ステップS1において、排気温度Tnが設定温度Te以上であると判定された場合、還元剤供給部49によりポスト噴射が開始され、酸化触媒41に未燃燃料が供給される(ステップS2)。
In step S1, when it is determined that the exhaust temperature Tn is equal to or higher than the set temperature Te, post-injection is started by the reducing
続いて、算出部71は、温度センサ43,44で検出した酸化触媒41の入口及び出口の排気温度を入力し、式(1)に基づき排気温度の温度上昇率ΔTdを算出する(ステップS3)。
Subsequently, the calculating unit 71 inputs the exhaust temperatures of the inlet and outlet of the
ΔTd=(入口の排気温度−出口の排気温度)/時間・・・(1)
その後、判断部72は、算出部71からの温度上昇率ΔTdを入力して閾値ΔTsと比較し、酸化触媒41が劣化しているか否かを判断する(ステップS4)。判断部72は、温度上昇率ΔTdが閾値ΔTs未満(ΔTd<ΔTs)の場合(Yes)、酸化触媒41が劣化していると判断し、ステップS5に手順を移す。反対に、判断部72は、温度上昇率ΔTdが閾値ΔTs付近(ΔTd=ΔTs)の場合(No)、酸化触媒41は劣化していない(正常)と判断し、温度上昇率ΔTdが閾値ΔTs未満になるまでステップS4を繰り返す。
ΔTd = (exhaust temperature at the inlet−exhaust temperature at the outlet) / time (1)
Thereafter, the
ステップS4において酸化触媒41が劣化していると判断された場合、還元剤供給量制御部75は、還元剤供給部(インジェクタ)49からの還元剤供給量を減少させる(ステップS5)。
When it is determined in step S4 that the
続いて、加熱制御部76は、ヒータ46から酸化触媒41に供給する供給熱量を取得し(ステップS6)、電流供給部60を稼働させて、取得した供給熱量が酸化触媒41に供給されるようにヒータ46に電流を供給する(ステップS7)。
Subsequently, the
続いて、制御装置70は、温度センサ43の検出値を入力し、酸化触媒41の上流側の排気温度Tgが目標温度Tgs以上か否かを判別する(ステップS8)。制御装置70は、排気温度Tgが目標温度Tgs以上(Tg≧Tgs)の場合(Yes)、ステップS9に手順を移す。反対に、制御装置70は、排気温度Tgが目標温度Tgs未満(Tg<Tgs)の場合(No)、排気温度Tgが目標温度Tgs以上になるまでステップS7を繰り返す。なお、目標温度Tgsは、酸化触媒41の劣化を再生するに必要な温度であり、例えば、硫黄が触媒から脱離する温度(600℃)である。
Subsequently, the
ステップS8において排気温度Tgが目標温度Tgs以上の場合、エンジン排気48が昇温することにより酸化触媒41の温度が上昇し、酸化触媒41の触媒再生が開始される(ステップS9)。
When the exhaust temperature Tg is equal to or higher than the target temperature Tgs in step S8, the temperature of the
続いて、制御装置70は、酸化触媒41の触媒再生を開始してからの経過時間timが設定時間t1以上か否かを判断する(ステップS10)。制御装置70は、経過時間timが設定時間t1以上(tim≧t1)の場合(Yes)、ステップS11に手順を移す。反対に、制御装置70は、経過時間timが設定時間t1未満(tim<t1)の場合(No)、経過時間timが設定時間t1以上になるまでステップS9を繰り返す。
Subsequently, the
ステップS10において経過時間timが設定時間t1以上の場合、制御装置70は、還元剤供給部49からの還元剤供給のポスト噴射を停止させると共に、ヒータ46への通電を停止させて、酸化触媒41の再生を終了する(ステップS11)。
When the elapsed time tim is equal to or longer than the set time t1 in step S10, the
制御装置70は、油圧ショベル1のエンジン稼働中は、上述した手順(ステップS1〜ステップS11)を繰り返す。
The
(効果)
(1)本実施形態では、酸化触媒41が劣化していると判断した場合に、還元剤供給部49による還元剤の供給量を減少させるとともに、ヒータ46を稼働させて酸化触媒41を加熱している。そのため、酸化触媒41が劣化した場合でも、排気48を昇温させて、酸化触媒41を迅速に再生させることができる。
(effect)
(1) In this embodiment, when it is determined that the
(2)本実施形態では、酸化触媒41の劣化度合いに応じて還元剤供給部49からの還元剤供給量を減少させている。そのため、酸化触媒41の酸化性能に適した分量の燃料を酸化触媒41に供給することができ、過剰燃料(酸化触媒41において酸化されない燃料)が生じることを抑制することができる。したがって、過剰燃料が酸化触媒41よりも下流側に流下(スリップ)することを回避できる。
(2) In this embodiment, the reducing agent supply amount from the reducing
(3)本実施形態では、還元剤供給部49からの還元剤供給量の減少による酸化触媒41における発生熱量の減少分に相当する熱量を酸化触媒41に供給するように、ヒータ46に電流を供給している。そのため、ヒータ46に対して必要以上に電流が供給されることを回避することができ、キャパシタ24、旋回用電動モータ25等に過度の負担がかかることを回避することができる。
(3) In the present embodiment, a current is supplied to the
(4)本実施形態では、ヒータ46を酸化触媒41を含む触媒容器に着脱可能に設けている。そのため、ヒータ46に断線等の不具合が生じた場合、ヒータ46を容易に交換することができ、排気浄化システム100のメンテナス性を向上させることができる。
(4) In this embodiment, the
(5)本実施形態では、排気浄化システム100をハイブリッド式の油圧ショベル1に設けている。一般的に、ハイブリッド式の油圧ショベルでは、旋回体20の減速時の旋回エネルギーを回収し、旋回用電動モータ25で発電させることができる。そのため、旋回用電動モータ25における発電により得られた電力を利用してヒータ46に電流を供給することができるので、より効率的に酸化触媒41を加熱することができる。
(5) In the present embodiment, the
(その他)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態の構成の一部を削除及び置換することも可能である。
(Other)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. For example, a part of the configuration of the above-described embodiment can be deleted and replaced.
上述した実施形態では、ポスト噴射により酸化触媒41に還元剤を供給する構成を例示した。しかしながら、本発明の本質的効果は、酸化触媒が劣化した場合でも迅速に再生させることができる排気浄化システムを提供することであり、この本質的効果を得る限りにおいては、必ずしもこの構成に限定されない。例えば、酸化触媒41よりも上流側に排気管インジェクタを別途設け、排気管インジェクタから未燃燃料を噴射するいわゆる排気管噴射により酸化触媒41に還元剤を供給する構成としても良い。
In the above-described embodiment, the configuration in which the reducing agent is supplied to the
また、上述した実施形態では、酸化触媒41が劣化していると判断した場合、劣化度合いを特定し、劣化度合いに応じて還元剤供給量を減少させ、還元剤供給量の減少による発生熱量の減少分に相当する熱量を酸化触媒41に供給する構成を例示した。しかしながら、上述した本発明の本質的効果を得る限りにおいては、必ずしもこの構成に限定されない。例えば、酸化触媒41が劣化していると判断した場合、還元剤供給量を減少させて一定の供給量とし、酸化触媒41に一定の熱量を供給する構成としても良い。
Further, in the above-described embodiment, when it is determined that the
また、上述した実施形態では、加熱部57,58をエンジン排気48の流れ方向に沿った面に沿って蛇行する蛇行形状に形成した場合を例示したが、酸化触媒41を加熱できる限りにおいては、加熱部57,58の形状は限定されない。また、ヒータ46により酸化触媒41を加熱する構成を例示したが、酸化触媒41を加熱できる限りにおいては、ヒータ46に限定されない。例えば、ヒータ46の代わりにバーナ等を用いても良い。また、蓄電装置としてキャパシタ24を備える構成を例示したが、キャパシタ24の代わりにバッテリ等を備える構成としても良い。また、ヒータ46の電源にキャパシタ24、旋回用電動モータ25を用いた場合を例示して説明したが、例えばハイブリッドではない通常の建設機械に本発明を適用する場合には、電源を別途用意しても良い。
Further, in the above-described embodiment, the case where the
22:エンジン,41:酸化触媒,42:DPF(フィルター),43:上流側排気温度センサ(温度センサ),44:下流側排気温度センサ(温度センサ),46:ヒータ(加熱装置),47:排気通路,48:エンジン排気,49:還元剤供給部,60:電流供給部,71:算出部,72:判断部,73:記憶部,74:制御部,75:還元剤供給量制御部,76:加熱制御部,100:排気浄化システム 22: Engine, 41: Oxidation catalyst, 42: DPF (filter), 43: Upstream exhaust temperature sensor (temperature sensor), 44: Downstream exhaust temperature sensor (temperature sensor), 46: Heater (heating device), 47: Exhaust passage, 48: engine exhaust, 49: reducing agent supply unit, 60: current supply unit, 71: calculation unit, 72: determination unit, 73: storage unit, 74: control unit, 75: reducing agent supply amount control unit, 76: heating control unit, 100: exhaust purification system
Claims (5)
前記フィルターの上流側に設けられた酸化触媒と、
前記酸化触媒に還元剤を供給する還元剤供給部と、
前記排気通路に設けられた温度センサと、
前記酸化触媒を加熱する加熱装置と、
前記温度センサの検出値に基づき、前記酸化触媒における前記エンジン排気の温度上昇率を算出する算出部と、
前記温度上昇率と予め設定した閾値とを比較し、前記酸化触媒が劣化しているか否かを判断する判断部と、
前記判断部が前記酸化触媒が劣化していると判断した場合に、前記還元剤供給部による還元剤の供給量を減少させるとともに、前記加熱装置を稼働させる制御部と
を備えることを特徴とする排気浄化システム。 A filter provided in the exhaust passage of the engine for collecting particulate matter in the engine exhaust;
An oxidation catalyst provided upstream of the filter;
A reducing agent supply unit for supplying a reducing agent to the oxidation catalyst;
A temperature sensor provided in the exhaust passage;
A heating device for heating the oxidation catalyst;
A calculation unit that calculates a temperature increase rate of the engine exhaust in the oxidation catalyst based on a detection value of the temperature sensor;
A determination unit that compares the rate of temperature increase with a preset threshold and determines whether or not the oxidation catalyst has deteriorated;
A controller that reduces a supply amount of the reducing agent by the reducing agent supply unit and operates the heating device when the determination unit determines that the oxidation catalyst is deteriorated. Exhaust purification system.
前記制御部は、前記還元剤供給部に接続し、前記酸化触媒の劣化度合いに応じて前記還元剤供給部からの還元剤供給量を減少させる還元剤供給量制御部を備えることを特徴とする排気浄化システム。 The exhaust purification system according to claim 1,
The control unit includes a reducing agent supply amount control unit that is connected to the reducing agent supply unit and reduces a reducing agent supply amount from the reducing agent supply unit according to a degree of deterioration of the oxidation catalyst. Exhaust purification system.
前記制御部は、前記還元剤供給部からの還元剤供給量の減少による前記酸化触媒における発生熱量の減少分に相当する熱量を前記酸化触媒に供給するように、前記加熱装置を稼働する加熱制御部を備えることを特徴とする排気浄化システム。 The exhaust purification system according to claim 2,
The controller controls the heating device to operate the heating device so as to supply the oxidation catalyst with a heat amount corresponding to a decrease in the amount of heat generated in the oxidation catalyst due to a decrease in the reducing agent supply amount from the reducing agent supply unit. An exhaust purification system comprising a section.
前記還元剤供給部からの還元剤供給量の減少量と前記酸化触媒に供給する熱量との関係を記憶した記憶部を備え、
前記加熱制御部は、前記還元剤供給部からの還元剤供給量の減少量に基づき前記記憶部から前記熱量を取得することを特徴とする排気浄化システム。 The exhaust purification system according to claim 3,
A storage unit storing a relationship between a reduction amount of the reducing agent supply amount from the reducing agent supply unit and a heat amount supplied to the oxidation catalyst;
The exhaust purification system, wherein the heating control unit acquires the heat amount from the storage unit based on a reduction amount of a reducing agent supply amount from the reducing agent supply unit.
前記加熱装置は、前記酸化触媒を含む触媒容器に着脱可能に設けられていることを特徴とする排気浄化システム。 The exhaust purification system according to claim 1,
The exhaust gas purification system, wherein the heating device is detachably attached to a catalyst container containing the oxidation catalyst.
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WO2021172450A1 (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-02 | いすゞ自動車株式会社 | Diagnosis device and diagnosis method |
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