JP2018062906A - Exhaust gas aftertreatment system for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine capable of inhibiting a temperature of a catalyst for eliminating NOx in exhaust gas from becoming a high temperature or a low temperature by using a heat storage material that radiates heat when receiving a pressure and thus of suppressing lowering of an NOx elimination ratio.SOLUTION: An exhaust gas aftertreatment system 20 for an internal combustion engine includes: a catalyst 42 for eliminating NOx in exhaust gas; a heat storage material 71; a pressure application member 72; flow passage selector valves 80a, 80b; and a control device 10 for controlling the flow passage selector valves so as to obtain a state via the heat storage material when an upstream side exhaust gas temperature that is a temperature of exhaust gas upstream of a first section 5 is a high temperature or a low temperature and so as to obtain a state not via the heat storage material when the upstream side exhaust gas temperature is an intermediate temperature, and for controlling the pressure application member so as not to apply a pressure to the heat storage material when the upstream side exhaust gas temperature is the high temperature or the intermediate temperature and so as to apply the pressure to the heat storage material when the upstream side exhaust gas temperature is the low temperature.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は内燃機関の排気後処理システムに関する。   The present invention relates to an exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine.

従来、内燃機関の排気中のNOxを除去する触媒を排気通路に備え、この触媒の触媒作用によって排気中のNOxを除去する排気後処理システムが知られている(例えば特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an exhaust aftertreatment system in which an exhaust passage is provided with a catalyst that removes NOx in exhaust gas from an internal combustion engine, and NOx in exhaust gas is removed by the catalytic action of this catalyst (see, for example, Patent Document 1).

特開昭60−190613号公報JP-A-60-190613

一般に、排気中のNOxを除去する触媒は、この触媒の温度が低温の場合や高温の場合にはNOxの浄化率が相対的に低く、中温の場合にNOxの浄化率が相対的に良好になる。ところで、近年では、例えば五酸化三チタンのように、圧力を受けた場合に放熱する蓄熱材が開発されてきている。しかしながら、これまで、このような圧力を受けた場合に放熱する蓄熱材を用いて触媒の温度が低温や高温になることを抑制して、NOx浄化率の低下を抑制する技術は開発されていなかった。   In general, a catalyst that removes NOx in exhaust gas has a relatively low NOx purification rate when the temperature of the catalyst is low or high, and a relatively good NOx purification rate when the temperature is medium. Become. By the way, in recent years, a heat storage material that radiates heat when pressure is applied has been developed, such as trititanium pentoxide. However, until now, no technology has been developed that suppresses the decrease in the NOx purification rate by suppressing the temperature of the catalyst from becoming low or high by using a heat storage material that radiates heat when receiving such pressure. It was.

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、圧力を受けた場合に放熱する蓄熱材を用いて、排気中のNOxを除去する触媒の温度が低温や高温になることを抑制して、NOx浄化率の低下を抑制することができる内燃機関の排気後処理システムを提供することである。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to use a heat storage material that dissipates heat when subjected to pressure, so that the temperature of the catalyst for removing NOx in the exhaust becomes low or high. This is to provide an exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine that can suppress the decrease in the NOx purification rate.

上記目的を達成するため、本発明に係る内燃機関の排気後処理システムは、内燃機関の排気通路に配置され、排気中のNOxを除去する触媒と、前記排気通路の前記触媒よりも上流側の第1箇所から分岐して前記排気通路における前記触媒よりも上流側且つ前記第1箇所よりも下流側の第2箇所に接続された副排気通路に配置され、圧力を受けた場合に放熱する蓄熱材と、前記蓄熱材に圧力を付与する圧力付与部材と、前記第1箇所よりも上流側の排気が前記副排気通路の前記蓄熱材を経由してから前記触媒に流入する蓄熱材経由状態と前記第1箇所よりも上流側の排気が前記蓄熱材を経由せずに前記触媒に流入する蓄熱材非経由状態とを切り替える流路切替弁と、前記第1箇所よりも上流側の排気の温度である上流側排気温度が高温の場合及び低温の場合には前記蓄熱材経由状態が得られ、前記上流側排気温度が中温の場合には前記蓄熱材非経由状態が得られるように前記流路切替弁を制御するとともに、前記上流側排気温度が前記高温の場合及び前記中温の場合は前記蓄熱材に圧力が付与されず、前記上流側排気温度が前記低温の場合に前記蓄熱材に圧力が付与されるように前記圧力付与部材を制御する制御装置と、を備える。   In order to achieve the above object, an exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine according to the present invention is disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine, a catalyst for removing NOx in the exhaust, and an upstream side of the catalyst in the exhaust passage. Heat storage that branches off from the first location and is disposed in a secondary exhaust passage connected to a second location upstream of the catalyst and downstream of the first location in the exhaust passage, and radiates heat when subjected to pressure A pressure applying member that applies pressure to the heat storage material, and a state through the heat storage material in which exhaust gas upstream of the first location flows into the catalyst after passing through the heat storage material in the sub exhaust passage. A flow path switching valve for switching between a state where the exhaust gas upstream of the first location does not pass through the heat storage material and flows into the catalyst without passing through the heat storage material, and a temperature of the exhaust gas upstream of the first location When the upstream exhaust temperature is high The flow path switching valve is controlled so that the state through the heat storage material is obtained when the temperature is low and the upstream exhaust gas temperature is medium, and the state through which the heat storage material is not through is obtained when the upstream exhaust temperature is medium. When the exhaust temperature is the high temperature and the intermediate temperature, no pressure is applied to the heat storage material, and the pressure applying member is applied such that pressure is applied to the heat storage material when the upstream exhaust temperature is the low temperature. A control device for controlling.

本発明によれば、上流側排気温度が高温の場合には、排気の熱を蓄熱材に吸収させ、温度が低下した排気をこの触媒に流入させることができる。これにより、排気中のNOxを除去する触媒の温度が高温になることを抑制できるので、この触媒の温度が高温になることに起因するNOx浄化率の低下を抑制することができる。また、上流側排気温度が低温の場合には、蓄熱材に圧力を付与することで蓄熱材を放熱させて、この蓄熱材の放熱によ
って排気の温度を上昇させ、温度が上昇した排気をこの触媒に流入させることができる。これにより、排気中のNOxを除去する触媒の温度が低温になることを抑制できるので、この触媒の温度が低温になることに起因するNOx浄化率の低下を抑制することができる。
According to the present invention, when the upstream exhaust gas temperature is high, the heat of the exhaust gas can be absorbed by the heat storage material, and the exhaust gas whose temperature has decreased can be caused to flow into the catalyst. Thereby, since it can suppress that the temperature of the catalyst which removes NOx in exhaust_gas | exhaustion becomes high, the fall of the NOx purification rate resulting from the temperature of this catalyst becoming high can be suppressed. In addition, when the upstream exhaust temperature is low, the heat storage material is dissipated by applying pressure to the heat storage material, and the temperature of the exhaust gas is increased by the heat dissipation of the heat storage material. Can be allowed to flow into. Thereby, since it can suppress that the temperature of the catalyst which removes NOx in exhaust_gas | exhaustion becomes low temperature, the fall of the NOx purification rate resulting from the temperature of this catalyst becoming low temperature can be suppressed.

実施形態に係る内燃機関の排気後処理システムが適用された内燃機関システムの全体構成を模式的に示す構成図である。1 is a configuration diagram schematically showing an overall configuration of an internal combustion engine system to which an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine according to an embodiment is applied. 図2(a)は内燃機関システムにおける副排気通路及び尿素SCR装置の周辺構造を拡大した模式的拡大図である。図2(b)は図2(a)の蓄熱装置70の周辺構造(A部分)を拡大した模式的拡大図である。FIG. 2A is a schematic enlarged view in which the peripheral structure of the auxiliary exhaust passage and the urea SCR device in the internal combustion engine system is enlarged. FIG.2 (b) is the typical enlarged view to which the peripheral structure (A part) of the thermal storage apparatus 70 of Fig.2 (a) was expanded. 尿素SCR触媒のNOx浄化率と尿素SCR触媒の温度との関係を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the relationship between the NOx purification rate of a urea SCR catalyst, and the temperature of a urea SCR catalyst. 制御装置による流路切替弁及び圧力付与部材の制御処理を示すフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart which shows the control process of the flow-path switching valve and pressure provision member by a control apparatus.

以下、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気後処理システム20(以下、「排気後処理システム20」と略称する)について図面を参照しつつ説明する。図1は、本実施形態に係る排気後処理システム20が適用された内燃機関システム1の全体構成を模式的に示す構成図である。この内燃機関システム1は、内燃機関2、排気通路4、制御装置10、及び排気後処理システム20を備えている。   Hereinafter, an exhaust aftertreatment system 20 for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention (hereinafter abbreviated as “exhaust aftertreatment system 20”) will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an overall configuration of an internal combustion engine system 1 to which an exhaust aftertreatment system 20 according to the present embodiment is applied. The internal combustion engine system 1 includes an internal combustion engine 2, an exhaust passage 4, a control device 10, and an exhaust aftertreatment system 20.

本実施形態では、内燃機関2の一例として、ディーゼル機関を用いている。なお、図1において内燃機関2の気筒3の個数は一例として4個であるが、気筒3の個数はこれに限定されるものではない。排気通路4は内燃機関2の気筒3から排出された排気が通過する通路であり、その上流側端部が分岐して各気筒3の排気ポートに接続している。   In the present embodiment, a diesel engine is used as an example of the internal combustion engine 2. In FIG. 1, the number of cylinders 3 of the internal combustion engine 2 is four as an example, but the number of cylinders 3 is not limited to this. The exhaust passage 4 is a passage through which the exhaust discharged from the cylinder 3 of the internal combustion engine 2 passes. The upstream end of the exhaust passage 4 is branched and connected to the exhaust port of each cylinder 3.

制御装置10は、内燃機関2の燃料噴射量や燃料噴射時期等を制御するとともに、後述する排気後処理システム20の動作も制御する。この制御装置10は、各種の制御処理を実行する制御部としての機能を有するCPU11や、CPU11の動作に必要な各種情報やプログラム等を記憶する記憶部12等を有するマイクロコンピュータを備えている。なお、記憶部12としては、ROM、RAM等の記憶装置が用いられる。   The control device 10 controls the fuel injection amount and fuel injection timing of the internal combustion engine 2 and also controls the operation of the exhaust aftertreatment system 20 described later. The control device 10 includes a microcomputer having a CPU 11 having a function as a control unit for executing various control processes, a storage unit 12 for storing various information, programs, and the like necessary for the operation of the CPU 11. As the storage unit 12, a storage device such as a ROM or a RAM is used.

排気後処理システム20は、排気通路4に配置された排気浄化装置30と、この排気浄化装置30よりも下流側の排気通路4に配置された尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)装置40を備えている。さらに排気後処理システム20は、温度センサ50、副排気通路60、蓄熱装置70、及び流路切替弁80a,80bを備えている。なお、本実施形態に係る排気後処理システム20は、排気後処理システム20を制御する制御装置10も、その構成要素の一部に含んでいる。   The exhaust aftertreatment system 20 includes an exhaust purification device 30 disposed in the exhaust passage 4 and a urea SCR (Selective Catalytic Reduction) device 40 disposed in the exhaust passage 4 on the downstream side of the exhaust purification device 30. . The exhaust aftertreatment system 20 further includes a temperature sensor 50, a sub exhaust passage 60, a heat storage device 70, and flow path switching valves 80a and 80b. Note that the exhaust aftertreatment system 20 according to the present embodiment includes the control device 10 that controls the exhaust aftertreatment system 20 as a part of its constituent elements.

排気浄化装置30は、酸化触媒31と、この酸化触媒31よりも下流側に配置されたフィルタ32を備えている。酸化触媒31は、排気に含まれる一酸化炭素(CO)や炭化水素(HC)といった有害物質を、酸化触媒31の触媒作用によって、水(HO)や二酸化炭素(CO)といった無害な物質に変化させることで、排気中の有害物質を浄化する触媒である。このような機能を有するものであれば、酸化触媒31の具体的な構成は特に限定されるものではないが、本実施形態に係る酸化触媒31は、一例として、排気が通過可能な担体に白金(Pt)、パラジウム(Pd)等の貴金属触媒が担持された構成を有している。 The exhaust purification device 30 includes an oxidation catalyst 31 and a filter 32 disposed on the downstream side of the oxidation catalyst 31. The oxidation catalyst 31 removes harmful substances such as carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) contained in the exhaust gas from harmless water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) by the catalytic action of the oxidation catalyst 31. It is a catalyst that purifies harmful substances in exhaust by changing to substances. As long as it has such a function, the specific configuration of the oxidation catalyst 31 is not particularly limited, but the oxidation catalyst 31 according to the present embodiment is, for example, platinum as a carrier through which exhaust can pass. It has a configuration in which a noble metal catalyst such as (Pt) or palladium (Pd) is supported.

フィルタ32は、排気に含まれる煤等のPMを捕集可能なフィルタであればよく、その具体的な構成は特に限定されるものではない。本実施形態においては、フィルタ32の一例として、ウォールスルータイプのディーゼルパティキュレートフィルタを用いている。   The filter 32 may be a filter that can collect PM such as soot contained in the exhaust gas, and its specific configuration is not particularly limited. In the present embodiment, as an example of the filter 32, a wall-through type diesel particulate filter is used.

尿素SCR装置40は、排気中に尿素水を供給するとともに、この排気中に供給された尿素水から生成されるアンモニア(NH)を還元剤として用いて、排気中のNOxを選択的に還元除去する装置である。このような機能を有するものであれば、尿素SCR装置40の具体的な構成は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、一例として、尿素水供給部41、尿素SCR触媒42、及びアンモニアスリップ触媒43を備えている。 The urea SCR device 40 supplies urea water into the exhaust gas, and selectively reduces NOx in the exhaust gas using ammonia (NH 3 ) generated from the urea water supplied into the exhaust gas as a reducing agent. The device to be removed. The specific configuration of the urea SCR device 40 is not particularly limited as long as it has such a function, but in the present embodiment, as an example, a urea water supply unit 41, a urea SCR catalyst 42, And an ammonia slip catalyst 43.

尿素水供給部41は、尿素SCR触媒42よりも上流側、且つフィルタ32よりも下流側の排気通路4に配置されている。より具体的には、本実施形態に係る尿素水供給部41は、尿素SCR触媒42よりも上流側、且つ排気通路4における副排気通路60の接続箇所(後述する第2箇所6)よりも下流側の部分に配置されている。この尿素水供給部41の具体例として、本実施形態では、制御装置10の指示を受けて排気中に尿素水を噴射する尿素水噴射弁を用いている。制御装置10は、尿素水供給指示を受信した場合(例えば尿素水供給開始スイッチがユーザによってONに操作された場合等)において、尿素水供給部41としての尿素水噴射弁に尿素水を噴射させる。   The urea water supply unit 41 is disposed in the exhaust passage 4 upstream of the urea SCR catalyst 42 and downstream of the filter 32. More specifically, the urea water supply unit 41 according to the present embodiment is upstream of the urea SCR catalyst 42 and downstream of the connection location of the auxiliary exhaust passage 60 in the exhaust passage 4 (second location 6 described later). It is arranged on the side part. As a specific example of the urea water supply unit 41, in this embodiment, a urea water injection valve that injects urea water into the exhaust gas in response to an instruction from the control device 10 is used. When the urea water supply instruction is received (for example, when the urea water supply start switch is turned ON by the user), the control device 10 causes the urea water injection valve as the urea water supply unit 41 to inject urea water. .

尿素SCR触媒42は、排気中のNOxを除去する触媒(すなわち「NOx除去用触媒」)であり、具体的には、尿素の加水分解によって生じるアンモニアを用いて排気中のNOxを選択的に還元することでNOxを除去する触媒である。尿素SCR触媒42の具体的な種類は、特に限定されるものではなく、例えば、バナジウム(V)、モリブデン(Mo)等の卑金属酸化物や、ゼオライト等を用いることができる。アンモニアスリップ触媒43は、尿素SCR触媒42よりも下流側に配置されており、尿素SCR触媒42を通過したアンモニアを酸化させる酸化触媒である。   The urea SCR catalyst 42 is a catalyst that removes NOx in the exhaust (that is, “NOx removal catalyst”), and specifically, selectively reduces NOx in the exhaust using ammonia generated by hydrolysis of urea. This is a catalyst for removing NOx. The specific type of the urea SCR catalyst 42 is not particularly limited, and for example, base metal oxides such as vanadium (V) and molybdenum (Mo), zeolite, and the like can be used. The ammonia slip catalyst 43 is disposed downstream of the urea SCR catalyst 42 and is an oxidation catalyst that oxidizes ammonia that has passed through the urea SCR catalyst 42.

尿素水供給部41から尿素水が排気中に供給された場合、尿素水中の尿素は加水分解され、その結果、アンモニアが生成される。このアンモニアは、尿素SCR触媒42の触媒作用の下で、NOxを還元させる。この結果、窒素(N)及び水(HO)が生成される。このようにして、尿素SCR装置40は、排気中のNOxの低減を図っている。また本実施形態によれば、アンモニアスリップ触媒43を備えているので、アンモニアが内燃機関システム1の外部に排出されることが効果的に抑制されている。 When urea water is supplied into the exhaust gas from the urea water supply unit 41, urea in the urea water is hydrolyzed, and as a result, ammonia is generated. This ammonia reduces NOx under the catalytic action of the urea SCR catalyst 42. As a result, nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) are generated. In this way, the urea SCR device 40 attempts to reduce NOx in the exhaust. Moreover, according to this embodiment, since the ammonia slip catalyst 43 is provided, it is effectively suppressed that ammonia is discharged to the outside of the internal combustion engine system 1.

温度センサ50は、第1箇所5(排気通路4における副排気通路60の分岐箇所;図2(a)参照)よりも上流側の排気の温度(以下「上流側排気温度」と称する)を検出して、検出結果を制御装置10に伝える。このような機能を有するものであれば、温度センサ50の排気通路4における具体的な配置箇所は特に限定されるものではないが、本実施形態に係る温度センサ50は、一例として、排気通路4のフィルタ32よりも下流側且つ第1箇所5よりも上流側の部分に配置されて、この部分の排気の温度を検出している。   The temperature sensor 50 detects the temperature of the exhaust gas upstream of the first location 5 (the branch location of the auxiliary exhaust passage 60 in the exhaust passage 4; see FIG. 2A) (hereinafter referred to as “upstream exhaust temperature”). Then, the detection result is transmitted to the control device 10. The specific location of the temperature sensor 50 in the exhaust passage 4 is not particularly limited as long as it has such a function, but the temperature sensor 50 according to the present embodiment is an example of the exhaust passage 4. The filter 32 is disposed downstream of the first filter 32 and upstream of the first location 5 to detect the temperature of the exhaust gas in this portion.

続いて、副排気通路60、蓄熱装置70、及び流路切替弁80a,80bの詳細について説明する。図2(a)は内燃機関システム1における副排気通路60及び尿素SCR装置40の周辺構造を拡大した模式的拡大図である。図2(b)は図2(a)の蓄熱装置70の周辺構造(A部分)を拡大した模式的拡大図である。   Next, details of the auxiliary exhaust passage 60, the heat storage device 70, and the flow path switching valves 80a and 80b will be described. FIG. 2A is a schematic enlarged view in which the peripheral structure of the auxiliary exhaust passage 60 and the urea SCR device 40 in the internal combustion engine system 1 is enlarged. FIG.2 (b) is the typical enlarged view to which the peripheral structure (A part) of the thermal storage apparatus 70 of Fig.2 (a) was expanded.

図2(a)に示すように、副排気通路60は、排気通路4の尿素SCR触媒42よりも上流側の第1箇所5から分岐して、排気通路4における尿素SCR触媒42よりも上流側且つ第1箇所5よりも下流側の第2箇所6に接続されている。   As shown in FIG. 2A, the auxiliary exhaust passage 60 branches from the first location 5 upstream of the urea SCR catalyst 42 in the exhaust passage 4 and is upstream of the urea SCR catalyst 42 in the exhaust passage 4. And it is connected to the second location 6 on the downstream side of the first location 5.

蓄熱装置70は、この副排気通路60内に配置されている。図2(b)に示すように、蓄熱装置70は、蓄熱材71、及び圧力付与部材72を備えている。圧力付与部材72は、制御装置10によって制御されることで、蓄熱材71に圧力を付与する部材である。この圧力付与部材72の一例として、本実施形態においては、蓄熱材71の外周側面を全体的に覆うように配置された圧電材を用いている。具体的には、この圧電材は、円柱形状の蓄熱材71の外周側面(これは副排気通路60の内周面に対向する面である)と、この蓄熱材71の外側に存在する副排気通路60の内周面との間に配置されている。そして、圧電材は、制御装置10と電気的に接続されており、制御装置10から電気供給を受けた場合に圧力を発生する。これにより、圧電材は、蓄熱材71に対して圧力を付与する。   The heat storage device 70 is disposed in the sub exhaust passage 60. As shown in FIG. 2B, the heat storage device 70 includes a heat storage material 71 and a pressure applying member 72. The pressure applying member 72 is a member that applies pressure to the heat storage material 71 by being controlled by the control device 10. As an example of the pressure applying member 72, in the present embodiment, a piezoelectric material disposed so as to entirely cover the outer peripheral side surface of the heat storage material 71 is used. Specifically, the piezoelectric material includes an outer peripheral side surface of the cylindrical heat storage material 71 (this is a surface facing the inner peripheral surface of the sub exhaust passage 60) and a sub exhaust existing outside the heat storage material 71. It arrange | positions between the internal peripheral surfaces of the channel | path 60. FIG. The piezoelectric material is electrically connected to the control device 10 and generates pressure when receiving electric supply from the control device 10. Thereby, the piezoelectric material applies pressure to the heat storage material 71.

なお、圧電材の具体的な材質は、特に限定されるものではないが、本実施形態では一例として、チタンジルコン酸鉛(Lead Zirconate Titanate;PZT)を用いている。   In addition, although the specific material of a piezoelectric material is not specifically limited, In this embodiment, titanium zirconate lead (Lead Zirconate Titanate; PZT) is used as an example.

また、圧電材の配置態様は、蓄熱材71に圧力を付与できる態様であればよく、図2(b)に示す配置態様に限定されるものではない。例えば図2(b)に示す圧電材は蓄熱材71に直接接触するようにして蓄熱材71を覆っているが、圧電材は他の部材を介して蓄熱材71を覆う構成(すなわち、蓄熱材71を間接的に覆う構成)とすることもできる。   Moreover, the arrangement | positioning aspect of a piezoelectric material should just be an aspect which can provide a pressure to the thermal storage material 71, and is not limited to the arrangement | positioning aspect shown in FIG.2 (b). For example, the piezoelectric material shown in FIG. 2B covers the heat storage material 71 so as to be in direct contact with the heat storage material 71, but the piezoelectric material covers the heat storage material 71 via another member (that is, the heat storage material). 71 may be configured to indirectly cover 71).

蓄熱材71は、圧力付与部材72から圧力が付与されていないときは周囲の熱を蓄熱し、この蓄熱した熱を圧力付与部材72から圧力を受けた場合に放熱する部材である。このような蓄熱材71の材質の一例として、本実施形態においては、セラミック系の蓄熱材(すなわち蓄熱セラミック)を用い、このような蓄熱材の具体例として五酸化三チタン(Ti)を用いている。 The heat storage material 71 is a member that stores ambient heat when no pressure is applied from the pressure applying member 72 and radiates heat when the stored heat is received from the pressure applying member 72. As an example of the material of such a heat storage material 71, in the present embodiment, a ceramic heat storage material (that is, a heat storage ceramic) is used, and as a specific example of such a heat storage material, titanium trioxide (Ti 3 O 5 ). Is used.

この五酸化三チタンは、熱の保持性能が良好である(すなわち、熱を長時間保持することができる)。この点において、五酸化三チタンは、蓄熱材71の材質として特に好ましい。   This trititanium pentoxide has good heat retention performance (that is, heat can be retained for a long time). In this respect, titanium trioxide is particularly preferable as the material of the heat storage material 71.

なお、本実施形態に係る蓄熱材71は、副排気通路60の内部に配置されているため、副排気通路60の排気が蓄熱材71を通過できる構造になっている。この一例として、本実施形態に係る蓄熱材71は、排気が通過可能な孔を複数個有する構造になっている。これにより、排気の流動が蓄熱材71によって阻害されることが抑制されている。   In addition, since the heat storage material 71 according to the present embodiment is disposed inside the sub exhaust passage 60, the exhaust gas in the sub exhaust passage 60 can pass through the heat storage material 71. As an example of this, the heat storage material 71 according to the present embodiment has a structure having a plurality of holes through which exhaust gas can pass. Thereby, it is suppressed that the flow of exhaust gas is inhibited by the heat storage material 71.

図2(a)を再び参照して、流路切替弁80aは、排気通路4における第1箇所5と第2箇所6との間の部分に配置されている。流路切替弁80bは、副排気通路60における蓄熱装置70よりも上流側の部分に配置されている。本実施形態においては、流路切替弁80a及び流路切替弁80bの一例として、制御装置10の指示を受けて開閉する開閉弁を用いている。   Referring again to FIG. 2A, the flow path switching valve 80 a is disposed at a portion between the first location 5 and the second location 6 in the exhaust passage 4. The flow path switching valve 80 b is disposed in a portion upstream of the heat storage device 70 in the sub exhaust passage 60. In the present embodiment, as an example of the flow path switching valve 80a and the flow path switching valve 80b, an open / close valve that opens and closes in response to an instruction from the control device 10 is used.

図2(a)に示すように、制御装置10が流路切替弁80aを閉弁状態に制御し且つ流路切替弁80bを開弁状態に制御した場合、第1箇所5よりも上流側の排気は、副排気通路60の蓄熱材71を経由してから尿素SCR触媒42に流入する。一方、例えば図1に示すように、制御装置10が流路切替弁80aを開弁状態に制御し、流路切替弁80bを閉弁状態に制御した場合、第1箇所5よりも上流側の排気は、副排気通路60の蓄熱材71を経由せずに、尿素SCR触媒42に流入する。   As shown in FIG. 2A, when the control device 10 controls the flow path switching valve 80a to be in a closed state and controls the flow path switching valve 80b to be in an open state, the control device 10 is upstream of the first location 5. The exhaust gas flows into the urea SCR catalyst 42 after passing through the heat storage material 71 in the sub exhaust passage 60. On the other hand, for example, as shown in FIG. 1, when the control device 10 controls the flow path switching valve 80 a to be in the open state and controls the flow path switching valve 80 b to be in the closed state, the control device 10 is located upstream from the first location 5. Exhaust gas flows into the urea SCR catalyst 42 without passing through the heat storage material 71 in the auxiliary exhaust passage 60.

すなわち、本実施形態に係る流路切替弁80a,80bは、第1箇所5よりも上流側の排気が副排気通路60の蓄熱材71を経由してから触媒(尿素SCR触媒42)に流入す
る状態(「蓄熱材経由状態」と称する)と、第1箇所5よりも上流側の排気が蓄熱材71を経由せずに触媒(尿素SCR触媒42)に流入する状態(「蓄熱材非経由状態」と称する)とを切り替える流路切替弁としての機能を有する部材に相当する。
That is, in the flow path switching valves 80a and 80b according to the present embodiment, the exhaust upstream of the first location 5 flows into the catalyst (urea SCR catalyst 42) after passing through the heat storage material 71 of the sub exhaust passage 60. State (referred to as “heat storage material passing state”) and state where the exhaust gas upstream of the first location 5 flows into the catalyst (urea SCR catalyst 42) without passing through the heat storage material 71 (“heat storage material non-passing state”) Corresponds to a member having a function as a flow path switching valve.

続いて、尿素SCR触媒42のNOx浄化率と尿素SCR触媒42の温度との関係を説明し、次いで制御装置10の制御処理の詳細について説明する。   Next, the relationship between the NOx purification rate of the urea SCR catalyst 42 and the temperature of the urea SCR catalyst 42 will be described, and then the details of the control processing of the control device 10 will be described.

図3は、尿素SCR触媒42のNOx浄化率と尿素SCR触媒42の温度との関係を模式的に示す図である。尿素SCR触媒42の温度が温度T以上、温度T以下の温度範囲(「中温」と称する)の場合における尿素SCR触媒42のNOx浄化率は、尿素SCR触媒42の温度が温度T未満の温度範囲(「低温」と称する)や、尿素SCR触媒42の温度が温度Tより高い温度範囲(「高温」と称する)に比較して、大きくなっている。 FIG. 3 is a diagram schematically showing the relationship between the NOx purification rate of the urea SCR catalyst 42 and the temperature of the urea SCR catalyst 42. Temperature of the urea SCR catalyst 42 is the temperature T a or, NOx purification rate of the urea SCR catalyst 42 in the case of the temperature T b below a temperature range (referred to as "medium temperature") is at a temperature lower than the temperature T a of the urea SCR catalyst 42 temperature range (referred to as "low temperature") or, the temperature of the urea SCR catalyst 42 is compared to the temperature range higher than the temperature T b (referred to as "high temperature") it is larger.

すなわち、NOx除去用触媒である尿素SCR触媒42のNOx浄化率は、低温や高温の場合は相対的に低く、中温の場合に相対的に良好になる。そこで、制御装置10は、尿素SCR触媒42の温度が低温や高温になることを抑制して、NOxの浄化率の低下を抑制するために、以下に説明する制御処理を実行する。   That is, the NOx purification rate of the urea SCR catalyst 42, which is a NOx removal catalyst, is relatively low when the temperature is low or high, and is relatively good when the temperature is medium. Therefore, the control device 10 executes a control process described below in order to suppress the temperature of the urea SCR catalyst 42 from becoming low or high, and to suppress a decrease in the NOx purification rate.

具体的には、制御装置10は、上流側排気温度(すなわち、第1箇所5よりも上流側の排気の温度)が高温の場合及び低温の場合には蓄熱材経由状態が得られ、上流側排気温度が中温の場合には蓄熱材非経由状態が得られるように流路切替弁80a,80bを制御するとともに、上流側排気温度が高温の場合及び低温の場合には蓄熱材71に圧力が付与されず、上流側排気温度が低温の場合に蓄熱材71に圧力が付与されるように圧力付与部材72を制御する。この制御処理について、フローチャートを用いて詳細に説明すると、次のようになる。   Specifically, the control device 10 obtains the state via the heat storage material when the upstream exhaust temperature (that is, the exhaust temperature upstream from the first location 5) is high or low, and the upstream side When the exhaust gas temperature is medium, the flow path switching valves 80a and 80b are controlled so that a state not passing through the heat storage material is obtained, and the pressure is applied to the heat storage material 71 when the upstream exhaust temperature is high or low. The pressure applying member 72 is controlled so that pressure is applied to the heat storage material 71 when the upstream exhaust gas temperature is low. This control process will be described in detail with reference to a flowchart as follows.

図4は、制御装置10による流路切替弁80a,80b及び圧力付与部材72の制御処理を示すフローチャートの一例である。制御装置10は、内燃機関2の始動開始と同時に図4のフローチャートを繰り返し実行する。また、図4の各ステップは、制御装置10の具体的にはCPU11が実行する。   FIG. 4 is an example of a flowchart showing a control process of the flow path switching valves 80 a and 80 b and the pressure applying member 72 by the control device 10. The control apparatus 10 repeatedly executes the flowchart of FIG. 4 simultaneously with the start of the internal combustion engine 2. Moreover, each step of FIG. 4 is specifically performed by the CPU 11 of the control device 10.

まず、ステップS10において、制御装置10は、上流側排気温度が高温であるか否かを判定する。具体的には制御装置10は、温度センサ50の検出結果を取得することで、上流側排気温度を取得し、この取得された上流側排気温度が予め記憶部12に記憶されている温度Tより高いか否かを判定することで、上流側排気温度が高温であるか否かを判定している。 First, in step S10, the control device 10 determines whether or not the upstream exhaust temperature is high. Specifically, the control device 10 acquires the upstream exhaust temperature by acquiring the detection result of the temperature sensor 50, and the acquired upstream exhaust temperature is a temperature T b stored in the storage unit 12 in advance. By determining whether or not it is higher, it is determined whether or not the upstream exhaust temperature is high.

ここで、温度Tとしては、この温度よりも高い温度の排気が尿素SCR触媒42に流入した場合に、尿素SCR触媒42のNOx浄化率が低下してしまうと考えられる値を用いることができる。この温度Tは、予め、実験、シミュレーション等を行って適切な値を求めておき、記憶部12に記憶させておく。なお、本実施形態のようにNOx除去用触媒として尿素SCR触媒42を用いる場合、温度Tの一例として380℃〜430℃の範囲から選択された値を用いることができる。 Here, as the temperature T b , a value that is considered to cause a decrease in the NOx purification rate of the urea SCR catalyst 42 when exhaust gas having a temperature higher than this temperature flows into the urea SCR catalyst 42 can be used. . This temperature Tb is obtained in advance by conducting experiments, simulations, etc., to obtain an appropriate value and stored in the storage unit 12. In the case of using the urea SCR catalyst 42 as a catalyst for NOx removal as in the present embodiment, it is possible to use a value selected from a range of 380 ° C. to 430 ° C. As an example of the temperature T b.

ステップS10でYESと判定された場合、制御装置10はステップS20を実行する。ステップS20において制御装置10は、流路切替弁80aを閉弁状態に制御し、流路切替弁80bを開弁状態に制御することで、排気の流動状態を蓄熱材経由状態にする。この結果、第1箇所5よりも上流側の排気は、蓄熱材71を経由してから尿素SCR触媒42に流入する。なお、ステップS20において、圧力付与部材72から蓄熱材71への圧
力付与は行われない。
When it determines with YES by step S10, the control apparatus 10 performs step S20. In step S20, the control device 10 controls the flow path switching valve 80a to be in a closed state and controls the flow path switching valve 80b to be in a valve open state, so that the flow state of the exhaust is changed to a state via the heat storage material. As a result, the exhaust gas upstream from the first location 5 flows into the urea SCR catalyst 42 after passing through the heat storage material 71. In step S <b> 20, no pressure is applied from the pressure applying member 72 to the heat storage material 71.

ステップS20の実行によって、排気の熱を蓄熱材71に吸収させて、温度が低下した排気を尿素SCR触媒42に流入させることができる。これにより、尿素SCR触媒42の温度が高温になることを抑制できるので、尿素SCR触媒42の温度が高温になることに起因するNOx浄化率の低下を抑制することができる。ステップS20の実行後に、制御装置10はリターンを実行し、フローチャートをスタートから実行する。   By executing step S20, the heat of the exhaust gas is absorbed by the heat storage material 71, and the exhaust gas whose temperature has decreased can be caused to flow into the urea SCR catalyst 42. Thereby, since it can suppress that the temperature of the urea SCR catalyst 42 becomes high temperature, the fall of the NOx purification rate resulting from the temperature of the urea SCR catalyst 42 becoming high temperature can be suppressed. After execution of step S20, the control device 10 executes a return, and executes the flowchart from the start.

一方、ステップS10でNOと判定された場合、制御装置10はステップS30を実行する。このステップS30において制御装置10は、上流側排気温度が中温であるか否かを判定する。具体的には制御装置10は、温度センサ50の検出結果に基づいて取得された上流側排気温度が予め記憶部12に記憶されている温度T以上、温度T以下(すなわち温度T〜温度T)であるか否かを判定することで、上流側排気温度が中温であるか否かを判定する。 On the other hand, when it determines with NO by step S10, the control apparatus 10 performs step S30. In step S30, the control device 10 determines whether or not the upstream exhaust temperature is medium. Specifically, in the control device 10, the upstream exhaust temperature acquired based on the detection result of the temperature sensor 50 is not less than the temperature T a and not more than the temperature T b stored in the storage unit 12 in advance (that is, the temperature T a ˜ By determining whether or not the temperature T b ), it is determined whether or not the upstream exhaust temperature is a medium temperature.

ここで、温度Tとしては、この温度よりも低い温度の排気が尿素SCR触媒42に流入した場合に、尿素SCR触媒42のNOx浄化率が低下してしまうと考えられる値を用いることができる。この温度Tは、予め、実験、シミュレーション等を行って適切な値を求めておき、記憶部12に記憶させておく。なお、本実施形態のようにNOx除去用触媒として尿素SCR触媒42を用いる場合、温度Tの一例として200℃〜250℃の範囲から選択された値を用いることができる。 Here, as the temperature Ta, a value that is considered to decrease the NOx purification rate of the urea SCR catalyst 42 when exhaust gas having a temperature lower than this temperature flows into the urea SCR catalyst 42 can be used. . The temperature T a in advance, experimentally, simulation or the like to previously obtain the appropriate values have been stored in the storage section 12. In the case of using the urea SCR catalyst 42 as a catalyst for NOx removal as in the present embodiment, it is possible to use a value selected from a range of 200 ° C. to 250 DEG ° C. As an example of the temperature T a.

ステップS30でYESと判定された場合、制御装置10はステップS40を実行する。ステップS40において制御装置10は、流路切替弁80aを開弁状態に制御し、流路切替弁80bを閉弁状態に制御することで、排気の流動状態を蓄熱材非経由状態にする。この結果、第1箇所5よりも上流側の排気は、蓄熱材71を経由せずに尿素SCR触媒42に流入する。なお、ステップS40において、圧力付与部材72から蓄熱材71への圧力付与は行われない。   When it determines with YES by step S30, the control apparatus 10 performs step S40. In step S40, the control device 10 controls the flow path switching valve 80a to be in an open state and controls the flow path switching valve 80b to be in a closed state, thereby bringing the exhaust gas into a state not passing through the heat storage material. As a result, the exhaust gas upstream of the first location 5 flows into the urea SCR catalyst 42 without passing through the heat storage material 71. In step S40, no pressure is applied from the pressure applying member 72 to the heat storage material 71.

ステップS40の実行によって、尿素SCR触媒42に中温の排気が流入することで、尿素SCR触媒42を中温にすることができる。これにより、尿素SCR触媒42のNOx浄化率を良好にすることができる。ステップS40の実行後に、制御装置10はリターンを実行し、フローチャートをスタートから再度実行する。   By executing step S40, the middle temperature exhaust gas flows into the urea SCR catalyst 42, whereby the urea SCR catalyst 42 can be brought to a middle temperature. Thereby, the NOx purification rate of the urea SCR catalyst 42 can be improved. After execution of step S40, the control device 10 executes a return and executes the flowchart again from the start.

ステップS30でNOと判定された場合、制御装置10はステップS50を実行する。ステップS50において制御装置10は、上流側排気温度が低温であるか否かを判定する。具体的には制御装置10は、温度センサ50の検出結果に基づいて取得された上流側排気温度が予め記憶部12に記憶されている温度Ta未満であるか否かを判定することで、上流側排気温度が低温であるか否かを判定する。   When it determines with NO by step S30, the control apparatus 10 performs step S50. In step S50, the control device 10 determines whether or not the upstream exhaust temperature is low. Specifically, the control device 10 determines whether or not the upstream exhaust temperature acquired based on the detection result of the temperature sensor 50 is lower than the temperature Ta stored in the storage unit 12 in advance. It is determined whether or not the side exhaust temperature is low.

ステップS50でNOと判定された場合、制御装置10はリターンを実行し、フローチャートをスタートから再度実行する。一方、ステップS50でYESと判定された場合、制御装置10はステップS60を実行する。ステップS60において制御装置10は、流路切替弁80aを閉弁状態に制御し、流路切替弁80bを開弁状態に制御することで、排気の流動状態を蓄熱材経由状態にする。この結果、第1箇所5よりも上流側の排気は蓄熱材71を経由してから尿素SCR触媒42に流入する。また、ステップS60において制御装置10は、圧力付与部材72としての圧電材に電気を流す。これにより、圧電材は蓄熱材71に対して圧力を付与する。   When it determines with NO by step S50, the control apparatus 10 performs a return, and performs a flowchart again from a start. On the other hand, when it determines with YES by step S50, the control apparatus 10 performs step S60. In step S60, the control device 10 controls the flow path switching valve 80a to be in a closed state and controls the flow path switching valve 80b to be in a valve open state, so that the flow state of the exhaust is changed to a state via the heat storage material. As a result, the exhaust gas upstream of the first location 5 flows into the urea SCR catalyst 42 after passing through the heat storage material 71. In step S <b> 60, the control device 10 supplies electricity to the piezoelectric material as the pressure applying member 72. Thereby, the piezoelectric material applies pressure to the heat storage material 71.

ステップS60の実行によって、蓄熱材71を放熱させて、この蓄熱材71の放熱によ
って排気の温度を上昇させ、この温度が上昇した排気を尿素SCR触媒42に流入させることができる。これにより、尿素SCR触媒42の温度が低温になることを抑制できるので、尿素SCR触媒42の温度が低温になることに起因するNOx浄化率の低下を抑制することができる。ステップS60の実行後に、制御装置10はリターンを実行し、フローチャートをスタートから再度実行する。
By executing step S60, the heat storage material 71 can be dissipated, the temperature of the exhaust gas can be increased by the heat dissipation of the heat storage material 71, and the exhaust gas whose temperature has increased can flow into the urea SCR catalyst 42. Thereby, since it can suppress that the temperature of the urea SCR catalyst 42 becomes low temperature, the fall of the NOx purification rate resulting from the temperature of the urea SCR catalyst 42 becoming low temperature can be suppressed. After execution of step S60, the control device 10 executes a return and executes the flowchart again from the start.

以上説明したように、本実施形態によれば、外部から圧力を受けた場合に放熱する蓄熱材71を用いてNOx除去用触媒(尿素SCR触媒42)の温度が低温や高温になることを抑制して、NOx浄化率の低下を抑制することができる。これにより、NOx除去用触媒のNOx浄化率を良好にすることができる。   As described above, according to this embodiment, the temperature of the NOx removal catalyst (urea SCR catalyst 42) is suppressed from becoming low or high by using the heat storage material 71 that radiates heat when pressure is applied from the outside. Thus, it is possible to suppress a decrease in the NOx purification rate. Thereby, the NOx purification rate of the NOx removal catalyst can be improved.

また本実施形態によれば、蓄熱材71として五酸化三チタンを用いており、前述したように、この蓄熱材71は熱の保持性能が良好である。これにより、蓄熱材71は、放熱を開始するまでの間により多くの熱量を蓄熱することができ、この結果、放熱する際には、より多くの熱量を放熱することができる。したがって、本実施形態によれば、例えばステップS20において蓄熱材71が蓄熱する際に、蓄熱材71によって排気の温度を効果的に低下させることができる。また、例えばステップS60において蓄熱材71が放熱する際には、蓄熱材71によって排気の温度を効果的に上昇させることができる。これにより、尿素SCR触媒42の温度が高温や低温になることを効果的に抑制することができる。   Further, according to the present embodiment, trititanium pentoxide is used as the heat storage material 71, and as described above, the heat storage material 71 has good heat retention performance. As a result, the heat storage material 71 can store a larger amount of heat before starting to release heat, and as a result, more heat can be released when radiating heat. Therefore, according to the present embodiment, for example, when the heat storage material 71 stores heat in step S20, the temperature of the exhaust gas can be effectively reduced by the heat storage material 71. For example, when the heat storage material 71 radiates heat in step S60, the heat storage material 71 can effectively increase the temperature of the exhaust gas. Thereby, it can suppress effectively that the temperature of the urea SCR catalyst 42 becomes high temperature or low temperature.

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Is possible.

1 内燃機関システム
5 第1箇所
6 第2箇所
10 制御装置
20 内燃機関の排気後処理システム
30 排気浄化装置
40 尿素SCR装置
42 尿素SCR触媒(排気中のNOxを除去する触媒)
50 温度センサ
60 副排気通路
70 蓄熱装置
71 蓄熱材
72 圧力付与部材
80a,80b 流路切替弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine system 5 1st location 6 2nd location 10 Control device 20 Exhaust aftertreatment system 30 of internal combustion engine Exhaust purification device 40 Urea SCR device 42 Urea SCR catalyst (catalyst which removes NOx in exhaust gas)
50 Temperature sensor 60 Sub exhaust passage 70 Heat storage device 71 Heat storage material 72 Pressure applying member 80a, 80b Flow path switching valve

Claims (3)

内燃機関の排気通路に配置され、排気中のNOxを除去する触媒と、
前記排気通路の前記触媒よりも上流側の第1箇所から分岐して前記排気通路における前記触媒よりも上流側且つ前記第1箇所よりも下流側の第2箇所に接続された副排気通路に配置され、圧力を受けた場合に放熱する蓄熱材と、
前記蓄熱材に圧力を付与する圧力付与部材と、
前記第1箇所よりも上流側の排気が前記副排気通路の前記蓄熱材を経由してから前記触媒に流入する蓄熱材経由状態と前記第1箇所よりも上流側の排気が前記蓄熱材を経由せずに前記触媒に流入する蓄熱材非経由状態とを切り替える流路切替弁と、
前記第1箇所よりも上流側の排気の温度である上流側排気温度が高温の場合及び低温の場合には前記蓄熱材経由状態が得られ、前記上流側排気温度が中温の場合には前記蓄熱材非経由状態が得られるように前記流路切替弁を制御するとともに、前記上流側排気温度が前記高温の場合及び前記中温の場合は前記蓄熱材に圧力が付与されず、前記上流側排気温度が前記低温の場合に前記蓄熱材に圧力が付与されるように前記圧力付与部材を制御する制御装置と、を備える内燃機関の排気後処理システム。
A catalyst disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine for removing NOx in the exhaust;
Arranged in a sub-exhaust passage branched from the first location upstream of the catalyst in the exhaust passage and connected to a second location upstream of the catalyst and downstream of the first location in the exhaust passage. And a heat storage material that radiates heat when subjected to pressure,
A pressure applying member that applies pressure to the heat storage material; and
The exhaust state upstream of the first location passes through the heat storage material in the auxiliary exhaust passage and then flows into the catalyst, and the exhaust gas upstream of the first location passes through the heat storage material. A flow path switching valve for switching between the heat storage material non-passing state flowing into the catalyst without
When the upstream exhaust temperature, which is the temperature of the exhaust upstream of the first location, is high or low, the state through the heat storage material is obtained, and when the upstream exhaust temperature is medium temperature, the heat storage In addition to controlling the flow path switching valve so as to obtain a material non-passage state, when the upstream exhaust temperature is the high temperature and the intermediate temperature, no pressure is applied to the heat storage material, and the upstream exhaust temperature An exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine, comprising: a control device that controls the pressure applying member so that pressure is applied to the heat storage material when the temperature is low.
前記触媒は尿素SCR触媒である請求項1記載の内燃機関の排気後処理システム。   The exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the catalyst is a urea SCR catalyst. 前記蓄熱材は五酸化三チタンである請求項1又は2に記載の内燃機関の排気後処理システム。   The exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the heat storage material is titanium trioxide.
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