JP2019044757A - Exhaust emission control device and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、排気浄化装置および内燃機関に関する。 The present disclosure relates to an exhaust purification system and an internal combustion engine.
従来、内燃機関からの排気ガス中に含まれる粒子状物質(以下、PMという)を捕集するフィルターとして、例えば、ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ(Diesel Particulate Filter:DPF)が知られている。 Conventionally, as a filter for collecting particulate matter (hereinafter referred to as PM) contained in exhaust gas from an internal combustion engine, for example, a diesel particulate filter (DPF) is known.
オイルの添加剤中に含まれるCaなどの原因物質が、PMと共にDPFに堆積した後、DPFの再生により燃え残り、DPF内に堆積する。燃え残り成分をアッシュという場合がある。 After the causative substance such as Ca contained in the additive of the oil is deposited on the DPF together with the PM, it is burned off by the regeneration of the DPF and is deposited in the DPF. The unburned component may be called ash.
アッシュには、DPF上に堆積するウォールアッシュと呼ばれるものと、DPFの排気下流側に堆積するプラグアッシュと呼ばれるものとがある。 The ash includes what is called wall ash deposited on the DPF, and what is called plug ash deposited on the exhaust downstream side of the DPF.
ところで、ウォールアッシュは、高温のガスによりDPFの排気下流側に輸送されて、アッシュの形態をプラグアッシュに変化させることが知られている。 By the way, it is known that wall ash is transported to the exhaust downstream side of the DPF by high temperature gas to change the form of ash into plug ash.
また、アッシュの堆積がDPFの圧力損失に及ぼす影響は、ウォールアッシュの方がプラグアッシュよりも大きいことが知られている。 In addition, it is known that the influence of ash deposition on the pressure drop of DPF is greater for wall ash than for plug ash.
DPFの圧力損失に及ぼす影響を低減するためには、アッシュの形態をウォールアッシュからプラグアッシュに変化させることが望ましい。しかし、従来のDPFの再生方法の中に、アッシュの形態を制御する方法は見当たらない。 In order to reduce the effect of DPF on pressure loss, it is desirable to change the form of ash from wall ash to plug ash. However, among conventional DPF regeneration methods, there is no way to control the form of ash.
本開示の目的は、アッシュの形態を制御することができる排気浄化装置および内燃機関を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide an exhaust gas purification device and an internal combustion engine capable of controlling the form of ash.
本開示の排気浄化装置は、
内燃機関からの排気ガス中の粒子状物質を捕集し、当該捕集された前記粒子状物質が燃焼されることにより再生されるフィルターと、
前記再生により前記フィルターに堆積するアッシュを還元剤で前記フィルターの排気下流側へ押し流すように、前記還元剤を前記フィルターの排気上流側に移送する移送部と、
を備える。
The exhaust purification system of the present disclosure
A filter that collects particulate matter in exhaust gas from an internal combustion engine and is regenerated by burning the collected particulate matter;
A transfer unit for transferring the reducing agent to the exhaust upstream side of the filter so that the ash deposited on the filter by the regeneration is flushed with the reducing agent to the exhaust downstream side of the filter;
Equipped with
本開示の内燃機関は、上記の排気浄化装置を備える。 An internal combustion engine of the present disclosure includes the above-described exhaust gas purification device.
本開示によれば、アッシュの形態を制御することができる。 According to the present disclosure, the form of ash can be controlled.
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態は、自動車に搭載されたディーゼルエンジン(内燃機関)に本発明を適用した場合について説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The present embodiment describes the case where the present invention is applied to a diesel engine (internal combustion engine) mounted on a vehicle.
まず、本実施の形態に係るディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)の概略構造について説明する。図1は、実施の形態に係るエンジンの排気系の一例を示す概略構成図である。なお、図1から図3には、X軸が描かれている。以下の説明では、図1から図3における左右方向をX方向又は排気方向といい、右方向を「+X方向」、「排気下流方向」又は「排気下流側」、左方向を「−X方向」、「排気上流方向」又は「排気上流側」という。 First, a schematic structure of a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration view showing an example of an exhaust system of an engine according to the embodiment. Note that the X axis is depicted in FIGS. 1 to 3. In the following description, the left and right direction in FIGS. 1 to 3 is referred to as the X direction or the exhaust direction, the right direction is the “+ X direction”, the “exhaust downstream direction” or the “exhaust downstream side”, and the left direction is the “−X direction”. , "Exhaust upstream direction" or "exhaust upstream side".
図1に示すように、エンジンの排気マニホールド(図示略)には排気管10が連結されている。排気管10にはエンジンからの排気ガスが流入する。排気管10内には、排気上流側(−X方向)から順に酸化触媒(Diesel Oxidation Catalyst:DOC)11、DPF12および尿素SCR触媒13が設けられている。
As shown in FIG. 1, an
DOC11は、燃料が供給された場合、これを酸化して排気ガスを昇温させる。
When the fuel is supplied, the
尿素SCR触媒13は、還元剤を用いて、排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化する。ここで用いられる還元剤には、例えば尿素水がある。
The urea
図2および図3は、DPF12を排気方向(X方向)に沿って切断した部分縦断面図である。
2 and 3 are partial longitudinal cross-sectional views of the
DPF12は多孔質性の隔壁122で区画された多数のセル121を有している。セル121は排気方向(X方向)に沿って配置されている。セル121の排気上流側(−X方向)の入口と排気下流側(+X方向)の出口とは交互に目封止されている。DPF12は、排気ガス中に含まれるPMを隔壁122の細孔や表面に捕集する。DPF12の隔壁122に捕集されたPMを燃焼することにより、DPF12が再生される。DPF12の再生は、DPF12よりも排気上流側のDOC11に燃料を供給し、排気ガスをPM燃焼温度まで昇温することで行われる。
The
エンジンから排出されるPMの中には、オイルや燃料添加剤(以下、オイル等)に含まれる金属成分から生成されるアッシュと呼ばれる燃え残り成分がある。アッシュは、DPF12内に残留し、DPF12の容積を占有していく。これにより、DPF12におけるPMを濾過する面積が減少するため、圧力損失が走行距離とともに上昇する。
Among the PMs discharged from the engine, there are unburned components called ash produced from metal components contained in oil and fuel additives (hereinafter, oil etc.). Ash remains in the
アッシュの堆積が圧力損失に及ぼす影響は、アッシュがDPF12のどの部分に堆積するかにより異なる。図2にDPF12の隔壁122に堆積したウォールアッシュ3aを示す。また、図3にDPF12の排気下流側(セルの出口側)に堆積したプラグアッシュ3bを示す。
The effect of ash deposition on pressure drop depends on where in the
アッシュの堆積が圧力損失に及ぼす影響は、ウォールアッシュ3aの方がプラグアッシュ3bよりも大きいことが知られている。
It is known that
本実施形態に係る排気浄化装置1は、図1に示すように、上記のDPF12に加えて、タンク20A,20Bおよび移送部30を備えている。
The exhaust gas purification apparatus 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, includes
タンク20Aは、尿素水2を貯留する。
The tank 20 </ b> A stores the
タンク20Bは水3を貯留する。
The
水3は、例えば、エンジンの排気系で生成される凝縮水である。具体的には、エンジンから排出される排気ガスには、吸気にもともと含まれていた水蒸気のほか、燃料あるいはPMの燃焼などの結果発生した水蒸気が含まれている。水蒸気を含んだ排気ガスが排気系を流れる間にその温度を下げて、排気ガスの温度が露点を下回った時点で水蒸気が凝縮して排気ガスに凝縮水が発生する。発生した凝縮水は、タンク20Bに貯留される。
The
また、水3は、例えばEGRガス中の水分が凝縮したものである。具体的には、EGRクーラによって冷却されたEGRガスが露点以下に冷やされると、EGRガス中の水分が凝縮し、凝縮水が発生する。発生した凝縮水は、タンク20Bに貯留される。
Further, the
移送部30は、図1に示すように、ポンプ31、ノズル32A,32B、水路33A,33B、制御弁34および流量調整弁35を有している。
As shown in FIG. 1, the
ポンプ31は、制御弁34を介してノズル32A,32Bにそれぞれ接続されている。ポンプ31は、流量調整弁35を介してタンク20A,20Bにそれぞれ接続されている。
The
ノズル32Aは、DPF12の排気上流側(−X方向)に配置されている。
The
ノズル32Bは、尿素SCR触媒13の排気上流側(−X方向)に配置されている。
The nozzle 32 </ b> B is disposed on the exhaust upstream side (−X direction) of the urea
制御弁34は、ノズル32Aに通じる水路33Aを希釈尿素水4が流通する状態と、ノズル32Bに通じる水路33Bを尿素水2が流通する状態と、水路33A,33Bのいずれにも希釈尿素水4,尿素水2が流通しない状態とに切り替えられる。
The
流量調整弁35は、タンク20Aからポンプ31へ送られる尿素水2の流量及びタンク20Bからポンプ31へ送られる水3の流量を調整する。流量調整弁35は、例えば尿素水2のみがポンプ31へ送られるように制御される。また、流量調整弁35は、例えば尿素水2を水3で希釈した希釈尿素水4がポンプ31へ送られるように制御される。水3は、尿素水2と混合されることにより粘性が高くなる。また、尿素水2を水3で希釈することにより、尿素水2の拡散性が向上する。
The flow
ECU40は、排気ガス中の窒素酸化物を浄化する場合に、尿素水2のみがポンプ31へ送られるように流量調整弁35を制御し、かつ、尿素水2が水路33Bを流通するように制御弁34を制御する。
The
ノズル32Bは、尿素水2を尿素SCR触媒13の排気上流側に放出(噴射)する。尿素水2から得られるアンモニアガスが排気ガス中の窒素酸化物を還元し、水と窒素とに分解する。つまり、本実施の形態に係る尿素水2は、排気ガス中の窒素酸化物を浄化するための尿素水としても用いられる。
The
ECU40は、エンジンの冷間始動時、尿素水2を水3で希釈した希釈尿素水4がポンプ31へ送られるように流量調整弁35を制御し、かつ、希釈尿素水4が水路33Aを流通するように制御弁34を制御する。
The
移送部30は、排気ガスよりも粘性が高い希釈尿素水4をノズル32Aに移送する。ノズル32Aは、希釈尿素水4をDPF12の排気上流側(セルの入口側)に向かって放出(噴射)する。希釈尿素水4は、排気ガスの流れによって、DPF12の排気上流側(−X方向)から排気下流側(+X方向)へ流通する。図2に、希釈尿素水4の流通方向を白抜き矢印で示す。
The
希釈尿素水4がDPF12の排気上流側から排気下流側に向かって流通することにより、粘性の高い液体である希釈尿素水4がセル121の隔壁122に堆積するウォールアッシュ3aを排気下流側(+X方向)に押し流す。図2にウォールアッシュ3aの押し流される方向を矢印で示す。
The diluted urea water 4 flows from the exhaust upstream side to the exhaust downstream side of the
ウォールアッシュ3aの形態は、希釈尿素水4(図2参照)によりウォールアッシュ3aが排気下流側に押し流されることで、プラグアッシュ3bの形態に変形する(図3参照)。また、隔壁122に堆積するウォールアッシュ3aの量は、アッシュ成分が希釈尿素水4に溶解し、希釈尿素水4と共にセル121から流出されることで減少する。
The form of the
希釈尿素水4の放出は、オイル消費量および尿素水2及び水3の各水量等に基づいて行われる。希釈尿素水4の具体的な放出方法(例えば水量、時間等)は、シミュレーション又は実験結果に基づいて設定される。
The release of the diluted urea water 4 is performed based on the oil consumption and the respective water amounts of the
次に、尿素水移送処理について図4を参照して説明する。図4は、尿素水移送処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、エンジンの始動により開始される。 Next, urea aqueous solution transfer processing will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing an example of the urea aqueous solution transfer process. This process is started by starting the engine.
ステップS100において、ECU40は、排気ガス中の窒素酸化物を浄化するか否かを判断する。
In step S100, the
窒素酸化物を浄化する場合(ステップS100:YES)、ECU40は、ポンプ31、制御弁34および流量調整弁35を制御して、尿素水2を尿素SCR触媒13の排気上流側に移送する(ステップS110)。窒素酸化物を浄化しない場合(ステップS100:NO)、処理はステップS120に移る。
When purifying nitrogen oxides (step S100: YES), the
ステップS120において、ECU40は、エンジンの冷間始動時であるか否かを判断する。
In step S120, the
エンジンの冷間始動時である場合(ステップS120:YES)、ECU40は、ポンプ31、制御弁34および流量調整弁35を制御して、希釈尿素水4をDPF12の排気上流側に移送する(ステップS130)。処理は、所定時間後にステップS120に戻る。
When it is at cold start of the engine (step S120: YES), the
エンジンの冷間始動時以外の場合(ステップS120:NO)、処理は終了する。 In the case other than cold start of the engine (step S120: NO), the process ends.
<本実施の形態の効果>
以上のように、本実施の形態に係る排気浄化装置1は、エンジンからの排気ガス中のPMを捕集し、捕集されたPMが燃焼されることにより再生されるDPF12と、尿素水2を貯留するタンク20Aと、水3を貯留するタンク20Bと、再生によりDPF12に堆積するアッシュを希釈尿素水4(尿素水2及び水3)でDPF12の排気下流側へ押し流すように、希釈尿素水4をDPF12の排気上流側に移送する移送部30と、を備える。ウォールアッシュ3aが排気下流側に押し流されることにより、ウォールアッシュ3aからプラグアッシュ3bへの形態の変化を促すことができる。ひいては、ウォールアッシュ3aが圧力損失に及ぼす影響を抑えることができる。
<Effect of this embodiment>
As described above, the exhaust gas purification apparatus 1 according to the present embodiment collects the PM in the exhaust gas from the engine, and the
また、本実施の形態に係る排気浄化装置1によれば、移送部30は、エンジンの冷間始動時に希釈尿素水4をDPF12の排気上流側に移送する。これにより、冷間始動時に排気ガス中に含まれるPM量が多く、それに応じてDPF12にウォールアッシュ3aが多量に堆積された場合であっても、希釈尿素水4をDPF12の排気上流側に移送することで、ウォールアッシュ3aの形態をプラグアッシュ3bの形態へ変化させることができるため、圧力損失の影響を抑えることができる。
Further, according to the exhaust gas purification device 1 according to the present embodiment, the
なお、上記排気浄化装置1において、希釈尿素水4をDPF12の排気上流側に移送する条件をエンジンの冷間始動時としたが、本発明はこれに限らない。DPF12に流通される希釈尿素水4が蒸発しない温度であればよい。また、例えば、DPF12の排気上流側の圧力と排気下流側との圧力差(差圧)が所定値を超える場合としてもよい。また、例えば、エンジンの冷間始動時かつ差圧が所定値を超える場合としてもよい。
Although the conditions for transferring the diluted urea water 4 to the exhaust upstream side of the
本開示の排気浄化装置は、アッシュの形態を制御することが要求される内燃機関として有用である。 The exhaust purification system of the present disclosure is useful as an internal combustion engine that is required to control the form of ash.
1 排気浄化装置
2 尿素水
3 水
4 希釈尿素水
10 排気管
11 DOC
12 DPF
13 尿素SCR触媒
20A,20B タンク
30 移送部
31 ポンプ
32A,32B ノズル
33A,33B 水路
34 制御弁
35 流量調整弁
40 ECU
1 exhaust
12 DPF
13
Claims (6)
前記再生により前記フィルターに堆積するアッシュを還元剤で前記フィルターの排気下流側へ押し流すように、前記還元剤を前記フィルターの排気上流側に移送する移送部と、
を備える、排気浄化装置。 A filter that collects particulate matter in exhaust gas from an internal combustion engine and is regenerated by burning the collected particulate matter;
A transfer unit for transferring the reducing agent to the exhaust upstream side of the filter so that the ash deposited on the filter by the regeneration is flushed with the reducing agent to the exhaust downstream side of the filter;
, An exhaust purification device.
前記移送部は、前記窒素酸化物を浄化する場合に、前記還元剤を前記尿素SCR触媒の排気上流側に移送する、請求項1に記載の排気浄化装置。 A urea SCR catalyst that purifies nitrogen oxides contained in the exhaust gas;
The exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein the transfer unit transfers the reducing agent to the exhaust upstream side of the urea SCR catalyst when purifying the nitrogen oxide.
前記流量調整弁は、前記ポンプに送られる前記還元剤の流量および前記水の流量を調整し、
前記第1水路は、前記制御弁から前記フィルターの排気上流側に延在し、
前記第2水路は、前記制御弁から前記尿素SCR触媒の排気上流側に延在し、
前記制御弁は、前記ポンプから送られる前記水で希釈された前記還元剤が前記第1水路を流通するように切り替えられ、かつ、前記ポンプから送られる前記還元剤が前記第2水路を流通するように切り替えられる、請求項3に記載の排気浄化装置。 The transfer unit includes a flow control valve, a pump, a first water passage, a second water passage, and a control valve.
The flow control valve adjusts the flow rate of the reducing agent sent to the pump and the flow rate of the water;
The first water passage extends from the control valve to the exhaust upstream side of the filter,
The second water passage extends from the control valve to the exhaust upstream side of the urea SCR catalyst,
The control valve is switched such that the reducing agent diluted with the water sent from the pump flows through the first water channel, and the reducing agent sent from the pump flows through the second water channel The exhaust gas purification device according to claim 3, wherein the exhaust gas purification device is switched.
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