JP2022054629A - Exhaust emission control system for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気浄化システムにおけるDPF再生技術に関する。 The present invention relates to a DPF regeneration technique in an exhaust purification system of an internal combustion engine.
従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気浄化装置として、酸化触媒(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)、ディーゼル微粒子捕集フィルター(DPF:Diesel Particulate Filter)、選択還元型触媒(SCR:Selective Catalystic Reduction)を備えたものが知られている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, as an exhaust purification device for an internal combustion engine such as a diesel engine, an oxidation catalyst (DOC: Diesel Oxidation Catalyst), a diesel particulate filter (DPF: Diesel Particulate Filter), and a selective reduction catalyst (SCR: Selective Catalystic Reduction) are provided. Is known (see, for example, Patent Document 1).
DOCは、排気中の煤の中に含まれる有機成分の大部分を酸化し、HC及びCOを浄化する。なお、以下では、煤を、微粒子物質(PM:Particulate Matter)と呼ぶ場合がある。 DOC oxidizes most of the organic components contained in the soot in the exhaust gas and purifies HC and CO. In the following, soot may be referred to as particulate matter (PM: Particulate Matter).
DPFは、DOCの後段に設けられ、排気中のPMを捕集する。捕集されたPMはDPFに堆積する。PMの堆積量が所定値以上の場合、DPF再生が行われる。DPF再生は、例えば、燃料をDOCの排気上流側に噴射してDOCで燃焼させて排気ガスの温度を上昇させて、DPFに堆積したPMを燃焼させることにより行われる(例えば特許文献2参照)。 The DPF is provided after the DOC and collects PM in the exhaust. The collected PM is deposited on the DPF. When the amount of PM deposited is equal to or greater than a predetermined value, DPF regeneration is performed. The DPF regeneration is performed, for example, by injecting fuel to the exhaust upstream side of the DOC and burning it in the DOC to raise the temperature of the exhaust gas and burning the PM deposited in the DPF (see, for example, Patent Document 2). ..
SCRは、DPFの後段に設けられる。SCRでは、排気管内に噴射された尿素水を排気の熱で加水分解して生成されたアンモニアが、触媒の作用により排気中のNOxを窒素(N2)に還元されることで、NOxが低減される。 The SCR is provided after the DPF. In SCR, ammonia generated by hydrolyzing urea water injected into the exhaust pipe with the heat of the exhaust is reduced by reducing NOx in the exhaust to nitrogen (N2) by the action of a catalyst. To.
また、尿素水に代えてアンモニアを排気管内に供給する技術も知られている(例えば特許文献3参照)。 Further, a technique of supplying ammonia into an exhaust pipe instead of urea water is also known (see, for example, Patent Document 3).
ところで、従来のDPF再生のための排気の昇温は、上述したように未燃燃料の排気管への直接噴射やエンジンへのポスト噴射により行われるので、多くのCO2が発生してしまう欠点がある。 By the way, since the temperature rise of the exhaust gas for the conventional DPF regeneration is performed by direct injection of unburned fuel into the exhaust pipe or post-injection into the engine as described above, there is a drawback that a large amount of CO2 is generated. be.
また、DPF再生を行う際には、DTI(Drop To Idling)の発生を抑制することが求められる。以下、DTIについて、簡単に説明する。 Further, when performing DPF regeneration, it is required to suppress the occurrence of DTI (Drop To Idling). Hereinafter, DTI will be briefly described.
DPF再生中は、以下のような状態にある。
・排気温度をポスト噴射等で上昇させている。
・ポスト噴射又は排気管中の燃料噴射弁より排気管内に未燃燃料(炭化水素HC)を供給している。
・DOCで未燃燃料を燃焼することにより、DPFの入り口温度がO2によるPM燃焼温度まで上昇させている。
During DPF regeneration, it is in the following state.
・ The exhaust temperature is raised by post injection.
-Unburned fuel (hydrocarbon HC) is supplied into the exhaust pipe from the post injection or the fuel injection valve in the exhaust pipe.
-By burning unburned fuel in the DOC, the inlet temperature of the DPF is raised to the PM combustion temperature by O2.
このようなDPF再生中において、例えば、高負荷運転(=O2が薄い)から減速によりエンジン内の燃料噴射を中止した場合、DOC、DPFにO2濃度の濃い新気が流速が遅い条件で流入し、DPFにおいてPMが爆発的に燃焼する現象が発生する。この現象が、DTIと呼ばれる。 During such DPF regeneration, for example, when fuel injection in the engine is stopped due to deceleration from high load operation (= O2 is thin), fresh air having a high O2 concentration flows into the DOC and DPF under the condition that the flow velocity is slow. , A phenomenon occurs in which PM explosively burns in the DPF. This phenomenon is called DTI.
DTIが起こると、DPFが過昇温状態となり、その結果、DPF担体に亀裂や溶損が生じたり、DPFに担持された触媒が劣化するおそれがある。 When DTI occurs, the DPF is in an overheated state, and as a result, the DPF carrier may be cracked or melted, or the catalyst carried on the DPF may be deteriorated.
DTIを防止する第1の方法として、PM再生時のDPF入り口温度を抑制する方法が考えられる。しかし、この方法を採用すると、DPF再生時間が長くなるので、利便性が悪化したり、燃料消費が大きくなるといった欠点がある。 As a first method of preventing DTI, a method of suppressing the DPF inlet temperature during PM regeneration can be considered. However, if this method is adopted, the DPF regeneration time becomes long, so that there are drawbacks such as deterioration of convenience and large fuel consumption.
DTIを防止する第2の方法として、DPFでのPM溜め込み量を抑制する方法が考えられる。しかし、この方法を採用すると、PM再生頻度が多くなるので、燃料消費が大きくなったり、潤滑油のダイリューションが生じる欠点がある。 As a second method of preventing DTI, a method of suppressing the amount of PM accumulated in the DPF can be considered. However, if this method is adopted, the frequency of PM regeneration increases, so that there are drawbacks that fuel consumption increases and lubricating oil dilutes.
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、CO2及びDTIの発生を抑制したDPF再生を行うことができる、排気浄化システムを提供する。 The present invention has been made in consideration of the above points, and provides an exhaust gas purification system capable of performing DPF regeneration in which the generation of CO2 and DTI is suppressed.
本発明の内燃機関の排気浄化システムの一つの態様は、
内燃機関の排気を浄化する排気浄化システムであって、
前記内燃機関の排気管に接続された酸化触媒と、
前記酸化触媒よりも下流側の前記排気管に接続された粒子捕集フィルターと、
前記粒子捕集フィルターよりも上流側又は前記酸化触媒よりも上流側の前記排気管内にアンモニアを供給するアンモニア供給装置と、
粒子捕集フィルター再生時には前記排気管内に第1の量のアンモニアが供給されるとともに、粒子捕集フィルター再生時でかつ前記粒子捕集フィルターの過昇温が検出又は予測された場合には前記排気管内に前記第1の量よりも多い第2の量のアンモニアが供給されるように、前記アンモニア供給装置を制御する制御部と、
を備える。
One aspect of the exhaust gas purification system for an internal combustion engine of the present invention is:
An exhaust purification system that purifies the exhaust gas of an internal combustion engine.
An oxidation catalyst connected to the exhaust pipe of the internal combustion engine and
A particle collection filter connected to the exhaust pipe on the downstream side of the oxidation catalyst,
An ammonia supply device that supplies ammonia into the exhaust pipe on the upstream side of the particle collection filter or on the upstream side of the oxidation catalyst.
When the particle collection filter is regenerated, a first amount of ammonia is supplied into the exhaust pipe, and when the particle collection filter is regenerated and an excessive temperature rise of the particle collection filter is detected or predicted, the exhaust gas is exhausted. A control unit that controls the ammonia supply device so that a second amount of ammonia, which is larger than the first amount, is supplied into the pipe.
To prepare for.
本発明によれば、CO2及びDTIの発生を抑制したDPF再生を行うことができる。 According to the present invention, DPF regeneration in which the generation of CO2 and DTI is suppressed can be performed.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<1>実施の形態1
<1-1>排気浄化システムの構成
図1は、実施の形態1の排気浄化システムの要部構成を示した図である。本実施形態では、本発明を、ディーゼルエンジン10の排気浄化システム100に適用した態様ついて説明する。ただし、本実施形態に係る排気浄化システムは、ディーゼルエンジン10の排気浄化システム100に限らず、ガソリンエンジンの排気浄化システムにも適用し得る。
<1> Embodiment 1
<1-1> Configuration of Exhaust Gas Purification System FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of the exhaust gas purification system according to the first embodiment. In the present embodiment, an embodiment in which the present invention is applied to the exhaust
排気浄化システム100は、例えば、トラック等の車両に搭載されており、エンジン10の排気ガス中のNOxを浄化する。
The
エンジン10は、例えば、燃焼室、燃焼室内で燃料を噴射する燃料噴射装置、及び、燃料噴射装置を制御するエンジンECU等(図示せず)を含んで構成される。エンジン10は、燃焼室内で、燃料と空気の混合気を燃焼及び膨張させて、動力を発生する。エンジン10には、燃焼室内に空気を導入する吸気管20と、燃焼室から排出される燃焼後の排気ガスを、車両の外部に排出する排気管30と、が接続されている。
The
排気浄化システム100は、酸化触媒(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)101、粒子捕集フィルター(DPF:Diesel Particulate Filter)102及び選択還元型触媒(SCR:Selective Catalytic Reduction)103を有する。なお、排気浄化システム100は、触媒として、SCR103に加えて、あるいは、SCRに代えて、LNT(Lean NOx Trap)などを有していてもよい。
The
DOC101は、酸化アルミニウム又は金属等からなる担持体に、ロジウム、白金等を担持して形成される。DOC101は、排気中の未燃成分(炭化水素HC及び一酸化炭素CO)を酸化除去するとともに、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温し、また排気中のNOをNO2に酸化する。 DOC101 is formed by supporting rhodium, platinum or the like on a carrier made of aluminum oxide, metal or the like. DOC101 oxidizes and removes unburned components (hydrocarbon HC and carbon monoxide CO) in the exhaust, heats and raises the exhaust gas with the reaction heat at this time, and oxidizes NO in the exhaust to NO2.
DPF102は、触媒付きフィルターからなり、排気中に含まれる粒子状物質(PM: Particulate Matter)を捕集するとともに、捕集・堆積されたPMを燃焼除去する。
The
SCR103は、例えば円柱形状を有し、セラミックで作製されたハニカム担体を有する。ハニカム壁面には、例えばゼオライトやバナジウム等の触媒が担持又はコーティングされる。SCR103は、アンモニアを吸蔵するとともに、当該吸蔵したアンモニアによって排気ガス中からNOxを選択的に還元浄化する。
The SCR 103 has, for example, a cylindrical shape and has a honeycomb carrier made of ceramic. A catalyst such as zeolite or vanadium is supported or coated on the wall surface of the honeycomb. The
排気浄化システム100は、排気管30内にアンモニアを供給するアンモニア供給装置110を有する。アンモニア供給装置110は、アンモニアを液相の状態で(つまり液化アンモニア(液化NH3)の状態で)貯蔵可能な高圧タンク111、遮断弁112、減圧弁113、流量調整弁114、115及びアンモニア噴射ポート116、117を有する。
The
さらに、排気浄化システム100は、ECU(Electronic Control Unit)130を有する。ECU130は、排気浄化システム100の動作を制御する。
Further, the exhaust
ECU130は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入力ポート、及び出力ポート等を含んで構成されている。ECU130の後述する機能は、例えば、CPUがROM、RAM等に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。但し、当該機能は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア回路によっても実現できることは勿論である。
The
なお、ECU130は、エンジン10のエンジンECU(図示せず)等と通信することで、これらを制御したり、これらの状態を取得したりする。
The
ECU130は、アンモニア供給装置110による排気管30内へのアンモニアの供給を制御する制御部として機能する。
The
DOC101の入り口付近には温度センサー141が設けられている。また、DPF102の入り口付近には温度センサー142が設けられている。温度センサー141は、DOC101に流入する排気の温度を検出する。温度センサー142は、DPF102に流入する排気の温度を検出する。
A
ECU130は、温度センサー141、142により検出された温度情報を入力し、当該温度情報に基づいて、遮断弁112及び流量調整弁115の開度を制御することにより、アンモニア噴射ポート117から噴射されるアンモニアの量を制御する。
The
<1-2>DPF再生制御
次に、本実施の形態によるDPF再生制御について説明する。
<1-2> DPF regeneration control Next, the DPF regeneration control according to the present embodiment will be described.
まず、詳細な説明を行う前に、本実施の形態によるDPF再生の原理について説明する。 First, before giving a detailed explanation, the principle of DPF regeneration according to the present embodiment will be described.
DPF102に煤が堆積すると排気圧力が上昇し燃費悪化の要因となる等の問題が発生するため、予め実験等で定めた堆積量を超えないように煤を燃焼させるDPF再生が行われる。従来は、DPFへの排気温度が煤の燃焼が可能となる例えば500℃以上に達していない場合は、DOCに未燃燃料を供給し、酸化、発熱(燃焼)により排気温度を昇温することが一般に行われているが、このようにするとCO2が発生してしまう。
When soot is deposited on the
DPF102にNO2で燃焼できない煤が堆積すると、排気圧力が上昇し燃費悪化の要因となる。そこで、従来は、燃料を燃焼させることで排気温度を500℃以上に昇温し、O2によって煤を燃焼させることが一般に行われている。このとき、C+O2 → CO2 の反応によりCO2が発生する。また、燃料の燃焼によってもCO2が発生してしまう。
If soot that cannot be burned by NO2 is deposited on the
これを考慮して、本実施の形態では、DOC101の上流側の排気管30内にアンモニアを供給し、このアンモニアをDOC101で燃焼させることで、DPF再生を促進させ、これにより、CO2の発生を低減させることができる。
In consideration of this, in the present embodiment, ammonia is supplied into the
本実施の形態のアンモニア供給によるDPF再生は、従来の燃料燃焼によるDPF再生と組み合わせて用いることができる。例えば、DOC101においてアンモニアの燃焼が可能となる排気温度になるまでは、従来の燃料燃焼によって排気温度を上昇させ、その後、アンモニア供給によるDPF再生に切り替える。これにより、DPF再生で発生するCO2を低減できる。
The DPF regeneration by supplying ammonia in this embodiment can be used in combination with the conventional DPF regeneration by fuel combustion. For example, the exhaust temperature is raised by conventional fuel combustion until the exhaust temperature at which ammonia can be burned in the
ここで、DPF102に堆積したPM(煤)を除去するための反応としては、以下の2つの反応がある。 Here, there are the following two reactions for removing PM (soot) deposited on DPF102.
(1)高い排気温度(例えば500℃以上)の環境下でのO2によるPM燃焼 (1) PM combustion by O2 in an environment with a high exhaust temperature (for example, 500 ° C or higher)
(2)適切な排気温度(例えば300℃前後)において、2NO2+2C → 2CO2+N2 の反応によるPM燃焼 (2) PM combustion due to the reaction of 2NO2 + 2C → 2CO2 + N2 at an appropriate exhaust temperature (for example, around 300 ° C)
従来の燃料燃焼によるDPF再生は、主に(1)の反応に依拠している。これに対して、本実施の形態のアンモニア供給によるDPF再生は、主に(2)の反応を促進させるものである。 The conventional DPF regeneration by fuel combustion mainly relies on the reaction of (1). On the other hand, the DPF regeneration by supplying ammonia in the present embodiment mainly promotes the reaction of (2).
DOC101においてアンモニアが酸化可能な排気温であるという条件下で、DOC101にアンモニアを供給すると、DOC101では、4NH3+7O2 → 4NO2+6H2O の反応が起こり、NO2が発生する。このNO2がDPF102での上記(2)のPM燃焼反応に使われる。 When ammonia is supplied to DOC101 under the condition that ammonia is oxidizable in DOC101, a reaction of 4NH3 + 7O2 → 4NO2 + 6H2O occurs in DOC101, and NO2 is generated. This NO2 is used for the PM combustion reaction of (2) above in DPF102.
ここで、一般には、エンジンからの排気に含まれるNOからDOC101によってNO2が生成され、これが上記(2)のPM燃焼反応に使われる。本実施の形態では、DOC101にアンモニアを供給したことにより、DPF102により多くのNO2を与えることができ、その結果、上記(2)の反応がより促進される。 Here, in general, NO2 is generated by DOC101 from NO contained in the exhaust gas from the engine, and this is used for the PM combustion reaction of (2) above. In the present embodiment, by supplying ammonia to DOC101, more NO2 can be given to DPF102, and as a result, the reaction of (2) above is further promoted.
図2は、本実施の形態によるDPF再生制御の説明に供するフローチャートである。図2のフローチャートは、ECU130によって実行される。
FIG. 2 is a flowchart provided for explaining the DPF regeneration control according to the present embodiment. The flowchart of FIG. 2 is executed by the
ECU130は、DPF再生を開始すると、ステップS11において、温度センサー141の温度は、DOC101においてアンモニアが酸化可能な温度であるか否か判断する。この温度は、例えば250℃程度である。
When the
ECU130は、ステップS11で肯定結果を得た場合(ステップS11;YES)、ステップS12に移る。ECU130は、ステップS12において、温度センサー142の温度は、DPF102における堆積粒子の燃焼に適した温度範囲であるか否か判断する。この温度範囲は、例えば300℃~350℃である。
When the
ECU130は、ステップS12で肯定結果を得た場合(ステップS12;YES)、ステップS13に移る。ECU130は、ステップS13において、DOC101にアンモニアを供給する。具体的には、ECU130は、遮断弁112及び流量調整弁115を開状態に制御することでアンモニア噴射ポート117からアンモニアを噴射させることで、DOC101にアンモニアを供給する。
When the
次に、ECU130は、ステップS14において、DPF102でのPM除去量が目標量を超えたか否か判断し、目標量を超えた場合には(ステップS14;YES)、DPF再生制御を終了し、目標値を超えていない場合には(ステップS14;NO)、ステップS11に戻る。
Next, in step S14, the
なお、ECU130は、ステップS11又はステップS12で否定結果が得られた場合には、ステップS15に移り、温度調整を要求する。例えば、ECU130は、エンジンECU(図示せず)にエンジンによる排気の昇温を要求する。また、例えば排気管30を昇温する電気ヒーターなどが設けられている場合には、電気ヒーターによって温度調整を行うようにしてもよい。要は、何らかの手段によってステップS11及びステップS12で肯定結果が得られるような温度調整を行う。
If a negative result is obtained in step S11 or step S12, the
ここで、ステップS11及びステップS12で肯定結果が得られ、ステップS13でDOC101にアンモニアが供給されると、上述したように、DOC101では、4NH3+7O2 → 4NO2+6H2O の反応が起こり、DPF102では、2NO2+2C → 2CO2+N2 の反応によるPM燃焼が行われる。 Here, when affirmative results are obtained in steps S11 and S12 and ammonia is supplied to DOC101 in step S13, as described above, a reaction of 4NH3 + 7O2 → 4NO2 + 6H2O occurs in DOC101, and 2NO2 + 2C → 2CO2 + N2 in DPF102. PM combustion by the reaction is performed.
この結果、CO2の発生を抑制しつつ、効率的なDPF再生を行うことができる。 As a result, efficient DPF regeneration can be performed while suppressing the generation of CO2.
<1-3>まとめ
以上説明したように、本実施の形態によれば、内燃機関の排気管30に接続された酸化触媒(DOC101)と、酸化触媒よりも下流側の排気管30に接続された粒子捕集フィルター(DPF102)と、酸化触媒よりも上流側の排気管30内にアンモニアを供給するアンモニア供給装置110と、酸化触媒に流入する排気の温度を検出する第1の温度センサー141と、粒子捕集フィルターに流入する排気の温度を検出する第2の温度センサー142と、第1及び第2の温度センサー141、142によって検出された温度に基づいて、アンモニア供給装置110による排気管30内へのアンモニアの供給を制御する制御部(ECU130)と、を設けたことにより、CO2の発生を抑制しつつ、効果的にDPF再生を行うことができる排気浄化システム100を実現できる。
<1-3> Summary As described above, according to the present embodiment, the oxidation catalyst (DOC101) connected to the
また、本実施の形態によれば、アンモニア供給装置110を、DOC101とSCR103とで共有しているので、排気浄化システムの大型化も抑制できる。ただし、SCR103にはアンモニアに代えて尿素水を供給する構成にしてもよい。
Further, according to the present embodiment, since the
<2>実施の形態2
<2-1>排気浄化システムの構成
図1との対応部分に同一符号が付された図3は、実施の形態2の排気浄化システムの要部構成を示した図である。
<2> Embodiment 2
<2-1> Configuration of Exhaust Gas Purification System FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a main part of the exhaust gas purification system according to the second embodiment, in which the same reference numerals are given to the portions corresponding to those in FIG.
実施の形態1の排気浄化システム100(図1)と比較して、本実施の形態の排気浄化システム200(図3)は、高圧タンク111のアンモニアを減圧弁113を介してアンモニアガスの状態で排気管30に供給する第1供給系統に加えて、高圧タンク111のアンモニアを液相の状態で排気管30に供給する第2供給系統と、を有する。
Compared with the exhaust gas purification system 100 (FIG. 1) of the first embodiment, the exhaust gas purification system 200 (FIG. 3) of the present embodiment has the ammonia of the
具体的には、第1供給系統は、減圧弁113以降の気化状態のアンモニアガスをアンモニア噴射ポート117から排気管30に供給する。これに対して、第2供給系統は、液相のアンモニアをインジェクター118から排気管30に供給する。これにより、第2供給系統からは、第1供給系統と比較して、大量のアンモニアを排気管30内に供給できるようになっている。
Specifically, the first supply system supplies the vaporized ammonia gas after the
また、排気浄化システム200では、ECU130に、内燃機関の運転状態の情報を入力する。この内燃機関の運転状態とは、アクセルの踏込量に対応するものである。換言すれば、内燃機関の運転状態とは、内燃機関の運転負荷であると言ってもよい。アクセル踏込量が大きいほど、内燃機関は高負荷運転状態である。ECU130は、アクセル踏込量の情報を、例えば車両全体を制御するECU(図示せず)から入力する。
Further, in the exhaust
ECU130は、内燃機関の運転状態、及び、温度センサー141、142によって検出された温度と、に基づいて、遮断弁112及び流量調整弁115の開度を制御することにより、アンモニア噴射ポート117及びインジェクター118から噴射されるアンモニアの量を制御する。
The
<2-2>DPF再生制御
次に、本実施の形態によるDPF再生制御について説明する。
<2-2> DPF regeneration control Next, the DPF regeneration control according to the present embodiment will be described.
上述したように、DPF再生中において、例えば、高負荷運転(=O2が薄い)から減速によりエンジン内の燃料噴射を中止した場合、つまり、内燃機関の状態が高負荷運転状態から低負荷運転状態へと急変した場合、DOC101、DPF102にO2濃度の濃い新気が遅い流速で流入するので、DPF102においてPMが爆発的に燃焼する現象、いわゆるDTI(Drop To Idling)が発生する。 As described above, during DPF regeneration, for example, when fuel injection in the engine is stopped by deceleration from high load operation (= O2 is thin), that is, the state of the internal combustion engine is changed from the high load operation state to the low load operation state. In the case of a sudden change to DOC101 and DPF102, fresh air having a high O2 concentration flows into the DOC101 and DPF102 at a slow flow velocity, so that a phenomenon in which PM explosively burns in the DPF102, so-called DTI (Drop To Idling), occurs.
これを考慮して、本実施の形態では、上述のような運転状態急変時に増加したO2をアンモニア(NH3)の供給により強制的に消費させ、DPF102に流入するO2を減少させることにより、DTIを抑制する。
In consideration of this, in the present embodiment, the O2 increased during the sudden change in the operating state as described above is forcibly consumed by the supply of ammonia (NH3), and the O2 flowing into the
ここで、インジェクター118やアンモニア噴射ポート117から排気管30内に供給されたアンモニアは、DOC101における、NH3+O2 → N2+H2O(係数は無視して示してある)の反応により、O2を消費する。この反応により、DPF102に流入するO2を減少させることができる。これにより、DPF102での爆発的なPM燃焼を抑制できる。
Here, the ammonia supplied into the
本実施の形態のDPF再生制御の一つの特徴は、DPF再生時に排気管30内に第1の量のアンモニアを供給するとともに、DPF再生時でかつDPFの過昇温が検出又は予測された場合には、排気管30内に第1の量よりも多い第2の量のアンモニアを供給するようにした点にある。
One feature of the DPF regeneration control of the present embodiment is that a first amount of ammonia is supplied into the
DTIは、運転状態の急変時に急激に起こるので、アンモニアガスを供給する第1供給系統からのアンモニア供給だけではDTIの抑制が間に合わなくなるおそれがある。そこで、本実施の形態では、DTIが起こりそうな場合(つまりDPF102の過昇温が検出又は予測された場合)に排気管30内に大量のアンモニアを供給するために、液化アンモニアを噴射する第2供給系統が設けられている。勿論、DTIが起こりそうな場合(つまりDPFの過昇温が検出又は予測された場合)には、第2供給系統だけでなく、第1供給系統からもアンモニアを供給してもよい。
Since DTI occurs suddenly when the operating state suddenly changes, there is a possibility that the suppression of DTI cannot be made in time only by supplying ammonia from the first supply system that supplies ammonia gas. Therefore, in the present embodiment, when DTI is likely to occur (that is, when an excessive temperature rise of
ここで、DTIが起こりそうなことを予測する方法として、例えば2つの方法がある。第1の方法は、内燃機関の運転状態に基づいて予測する方法である。第2の方法は、温度センサー142の温度に基づいて予測する方法である。
Here, there are, for example, two methods for predicting that DTI is likely to occur. The first method is a method of predicting based on the operating state of the internal combustion engine. The second method is a method of predicting based on the temperature of the
図4は、第1の方法を用いたDPF再生制御の説明に供するフローチャートである。図4のフローチャートは、ECU130によって実行される。なお、図4のフローチャートは、既にDPF再生が行われている期間に行われるものである。
FIG. 4 is a flowchart used to explain the DPF regeneration control using the first method. The flowchart of FIG. 4 is executed by the
ECU130は、DPF再生期間中に、ステップS21において、内燃機関が高負荷運転状態から低負荷運転状態へと急変したか否か判断する。
The
ECU130は、ステップS21で肯定結果を得た場合(ステップS21;YES)、ステップS22に移り、第2供給系統(インジェクター118)から大量のアンモニアを噴射させる。
When the affirmative result is obtained in step S21 (step S21; YES), the
これにより、内燃機関の運転急変時のDPFの過昇温を速やかに抑制できる。 As a result, it is possible to quickly suppress the excessive temperature rise of the DPF when the operation of the internal combustion engine suddenly changes.
図5は、第2の方法を用いたDPF再生制御の説明に供するフローチャートである。図5のフローチャートは、ECU130によって実行される。なお、図5のフローチャートは、既にDPF再生が行われている期間に行われるものである。
FIG. 5 is a flowchart used to explain the DPF regeneration control using the second method. The flowchart of FIG. 5 is executed by the
ECU130は、DPF再生期間中に、ステップS31において、温度センサー142の温度が、DPF102における堆積粒子の燃焼に適した温度範囲よりも高いか否か判断する。
During the DPF regeneration period, the
ECU130は、ステップS31で肯定結果を得た場合(ステップS31;YES)、ステップS32に移り、第2供給系統(インジェクター118)から大量のアンモニアを噴射させる。
When the affirmative result is obtained in step S31 (step S31; YES), the
これにより、内燃機関の運転急変時のDPFの過昇温を速やかに抑制できる。 As a result, it is possible to quickly suppress the excessive temperature rise of the DPF when the operation of the internal combustion engine suddenly changes.
<2-3>まとめ
以上説明したように、本実施の形態によれば、DPF再生時には排気管30内に第1の量のアンモニアを供給するとともに、DPF再生時でかつDPF102の過昇温が検出又は予測された場合には排気管30内に第1の量よりも多い第2の量のアンモニアを供給するようにしたことにより、CO2及びDTIの発生を抑制したDPF再生を行うことができるようになる。
<2-3> Summary As described above, according to the present embodiment, the first amount of ammonia is supplied into the
また、アンモニア供給装置110が、第1の量のアンモニアを気相の状態で排気管30内に供給する一方、第2の量のアンモニアを液相の状態で排気管30内に供給するようにしたことにより、第2の量として大量のアンモニアを排気管30内に供給できるようになるので、DTIを速やかに抑制できるようになる。
Further, the
上述の実施の形態1、2は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。 The above-mentioned embodiments 1 and 2 are merely examples of the embodiment of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner by these. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from its gist or its main features.
上述の実施の形態では、第1の量よりも多い第2の量のアンモニアを供給するインジェクター118をDOC101の上流側に設けた場合について述べたが、インジェクター118をDOC101の下流側でかつPDF102の上流側に設けてもよい。このように配置した場合でも、DPF102に蓄積したPMの急激な燃焼を防止することができる。DTIが懸念されるような温度条件では、アンモニアの燃焼は噴霧の条件などを適宜設定することにより、触媒が無くても可能である。
In the above-described embodiment, the case where the
本発明は、排気浄化システムのDPF再生技術として広く用いることができる。 The present invention can be widely used as a DPF regeneration technique for an exhaust purification system.
10 ディーゼルエンジン(エンジン)
20 吸気管
30 排気管
100、200 排気浄化システム
101 DOC(酸化触媒)
102 DPF(ディーゼル微粒子捕集フィルター)
103 SCR(選択還元型触媒)
110 アンモニア供給装置
111 高圧タンク
112 遮断弁
113 減圧弁
114、115 流量調整弁
116、117 アンモニア噴射ポート
118 インジェクター
130 ECU(制御部)
141、142 温度センサー
10 Diesel engine (engine)
20
102 DPF (Diesel Particulate Filter)
103 SCR (selective reduction catalyst)
110
141, 142 Temperature sensor
Claims (6)
前記内燃機関の排気管に接続された酸化触媒と、
前記酸化触媒よりも下流側の前記排気管に接続された粒子捕集フィルターと、
前記粒子捕集フィルターよりも上流側又は前記酸化触媒よりも上流側の前記排気管内にアンモニアを供給するアンモニア供給装置と、
粒子捕集フィルター再生時には前記排気管内に第1の量のアンモニアが供給されるとともに、粒子捕集フィルター再生時でかつ前記粒子捕集フィルターの過昇温が検出又は予測された場合には前記排気管内に前記第1の量よりも多い第2の量のアンモニアが供給されるように、前記アンモニア供給装置を制御する制御部と、
を備える排気浄化システム。 An exhaust purification system that purifies the exhaust gas of an internal combustion engine.
An oxidation catalyst connected to the exhaust pipe of the internal combustion engine and
A particle collection filter connected to the exhaust pipe on the downstream side of the oxidation catalyst,
An ammonia supply device that supplies ammonia into the exhaust pipe on the upstream side of the particle collection filter or on the upstream side of the oxidation catalyst.
When the particle collection filter is regenerated, a first amount of ammonia is supplied into the exhaust pipe, and when the particle collection filter is regenerated and an excessive temperature rise of the particle collection filter is detected or predicted, the exhaust gas is exhausted. A control unit that controls the ammonia supply device so that a second amount of ammonia, which is larger than the first amount, is supplied into the pipe.
Exhaust purification system equipped with.
請求項1に記載の排気浄化システム。 The ammonia supply device supplies the first amount of ammonia into the exhaust pipe in a gas phase state, while supplying the second amount of ammonia into the exhaust pipe in a liquid phase state.
The exhaust purification system according to claim 1.
アンモニアを液相の状態で貯蔵可能な高圧タンクと、
前記高圧タンクのアンモニアを減圧弁を介してアンモニアガスの状態で前記排気管に供給する第1供給系統と、
前記高圧タンクのアンモニアを液相の状態で前記排気管に供給する第2供給系統と、
を備え、
前記第1の量のアンモニアは、前記第1供給系統を介して前記排気管に供給され、
前記第2の量のアンモニアは、少なくとも前記第2供給系統を介して前記排気管に供給される、
請求項1に記載の排気浄化システム。 The ammonia supply device is
A high-pressure tank that can store ammonia in a liquid phase,
A first supply system that supplies ammonia in the high-pressure tank to the exhaust pipe in the form of ammonia gas via a pressure reducing valve, and
A second supply system that supplies ammonia in the high-pressure tank in a liquid phase to the exhaust pipe,
Equipped with
The first amount of ammonia is supplied to the exhaust pipe via the first supply system.
The second amount of ammonia is supplied to the exhaust pipe at least through the second supply system.
The exhaust purification system according to claim 1.
前記内燃機関の運転状態に基づき、前記内燃機関の運転状態が高負荷運転状態から低負荷運転状態へと急変したときに、前記第2の量のアンモニアを前記アンモニア供給装置によって供給させる、
請求項1から3のいずれか一項に記載の排気浄化システム。 The control unit
When the operating state of the internal combustion engine suddenly changes from the high load operating state to the low load operating state based on the operating state of the internal combustion engine, the second amount of ammonia is supplied by the ammonia supply device.
The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 3.
前記粒子捕集フィルターに流入する排気の温度を検出する第2の温度センサーと、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記第1の温度センサーの温度が、前記酸化触媒においてアンモニアが酸化可能な温度であり、かつ、前記第2の温度センサーの温度が、前記粒子捕集フィルターにおける堆積粒子の燃焼に適した温度範囲である場合に、前記アンモニア供給装置が前記酸化触媒よりも上流側の前記排気管内に前記第1の量のアンモニアの供給を行うように制御し、
前記第1の温度センサーの温度が、前記酸化触媒においてアンモニアが酸化可能な温度であり、かつ、前記第2の温度センサーの温度が、前記粒子捕集フィルターにおける堆積粒子の燃焼に適した温度範囲よりも高い場合に、前記酸化触媒よりも上流側の前記排気管内に前記アンモニア供給装置が前記第2の量のアンモニアの供給を行うように制御する、
請求項1から3のいずれか一項に記載の排気浄化システム。 A first temperature sensor that detects the temperature of the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst, and
A second temperature sensor that detects the temperature of the exhaust gas flowing into the particle collection filter, and
Further prepare
The control unit
The temperature of the first temperature sensor is a temperature at which ammonia can be oxidized in the oxidation catalyst, and the temperature of the second temperature sensor is a temperature range suitable for combustion of deposited particles in the particle collection filter. In this case, the ammonia supply device is controlled to supply the first amount of ammonia into the exhaust pipe on the upstream side of the oxidation catalyst.
The temperature of the first temperature sensor is a temperature at which ammonia can be oxidized in the oxidation catalyst, and the temperature of the second temperature sensor is a temperature range suitable for combustion of deposited particles in the particle collection filter. When the temperature is higher than the above, the ammonia supply device controls to supply the second amount of ammonia into the exhaust pipe on the upstream side of the oxidation catalyst.
The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 3.
前記アンモニア供給装置は、前記酸化触媒よりも上流側の前記排気管内に加えて、前記選択還元型触媒にもアンモニアを供給する、
請求項1から5のいずれか一項に記載の排気浄化システム。 A selective reduction catalyst is connected to the exhaust pipe on the downstream side of the particle collection filter.
The ammonia supply device supplies ammonia to the selective reduction catalyst in addition to the inside of the exhaust pipe on the upstream side of the oxidation catalyst.
The exhaust purification system according to any one of claims 1 to 5.
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