JP2022152472A - Co2 separation device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガスからCO2を分離する内燃機関のCO2分離装置に関する。 The present invention relates to a CO2 separation device for an internal combustion engine, which is provided in an exhaust system of an internal combustion engine and separates CO2 from exhaust gas.
自動車などに搭載される内燃機関の排気ガスに含まれるCO2(二酸化炭素)は、地球温暖化の一因であるといわれており、排気ガスからCO2を分離、回収し、自動車から排出されるCO2量を低減することが求められている。 CO2 (carbon dioxide) contained in the exhaust gas of internal combustion engines installed in automobiles is said to be one of the causes of global warming. A reduction in the amount is required.
従来、排気ガスからCO2を分離するCO2分離装置が知られており、例えば特許文献1に開示されている。このCO2分離装置は、排気ガス供給源と、排気ガス中のCO2を吸着するためのCO2吸着材をそれぞれ収容する2つの吸着部(吸着ユニット)と、水素供給源と、2つの吸着部への排気ガス及び水素の供給を切り替える切替手段を備えている。CO2吸着材は、CO2の吸蔵性能を有するゼオライトやシリカゲルなどで構成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a CO2 separation device for separating CO2 from exhaust gas is known, and is disclosed in
このCO2分離装置では、上記の切替手段により、一方の吸着部に排気ガス供給源から排気ガスが供給されている間、他方の吸着部に水素供給源から水素が供給される。一方の吸着部では、流入した排気ガス中のCO2がCO2吸着材に吸着し、他方の吸着部では、CO2吸着材にすでに吸着していたCO2が、流入した水素によって脱離し、水素と混合される。そして、このような吸着/脱離の動作が2つの吸着部間で交互に繰り返し行われることで、CO2が排気ガスから分離される。 In this CO2 separation device, the switching means allows hydrogen to be supplied from the hydrogen supply source to the other adsorption section while the exhaust gas is being supplied from the exhaust gas supply source to the other adsorption section. In one adsorption part, the CO2 in the inflowing exhaust gas is adsorbed by the CO2 adsorbent, and in the other adsorption part, the CO2 already adsorbed by the CO2 adsorbent is desorbed by the inflowing hydrogen and mixed with the hydrogen. be. By alternately repeating such adsorption/desorption operations between the two adsorption units, CO2 is separated from the exhaust gas.
上述したようなゼオライトなどで構成されるCO2吸着材の吸着性能は、温度に応じて変化し、吸着材温度が低いほど高く、吸着材温度が高くなるにつれて低下するという温度特性を示す。したがって、CO2吸着材の温度を変化させることによってCO2の吸着/脱離を切り替え、それにより排気ガス中のCO2の分離・回収を行うCO2分離装置において、CO2吸着材のCO2吸着性能を最大限、活用するためには、CO2の吸着時には吸着に適した低温、CO2の脱離時には脱離に適した高温となるよう、CO2吸着材の温度状態を適切に制御することが必要となる。 The adsorption performance of the CO2 adsorbent made of zeolite or the like as described above changes according to the temperature, and exhibits temperature characteristics such that the lower the adsorbent temperature, the higher the adsorption performance, and the higher the adsorbent temperature, the lower the adsorption performance. Therefore, in a CO2 separation device that switches CO2 adsorption/desorption by changing the temperature of the CO2 adsorbent and thereby separates and recovers CO2 in the exhaust gas, the CO2 adsorption performance of the CO2 adsorbent is maximized. In order to utilize it, it is necessary to appropriately control the temperature state of the CO2 adsorbent so that it becomes a low temperature suitable for adsorption during CO2 adsorption and a high temperature suitable for desorption during CO2 desorption.
特に、脱離時のCO2吸着材の昇温のために内燃機関の廃熱(排気ガスの熱)を用いるシステムの場合、排気ガス温度は内燃機関の運転状態等の要因により大きく変動し得るため、そうした排気ガス温度の変動にかかわらず、排気ガスを供給されたCO2吸着材を、CO2の吸着/脱離に適した温度に維持するよう、CO2吸着材の温度を適宜、制御することが望ましい。 In particular, in the case of a system that uses the waste heat of the internal combustion engine (exhaust gas heat) to raise the temperature of the CO2 adsorbent during desorption, the exhaust gas temperature can fluctuate greatly depending on factors such as the operating state of the internal combustion engine. It is desirable to appropriately control the temperature of the CO2 adsorbent so as to maintain the temperature of the CO2 adsorbent supplied with the exhaust gas at a temperature suitable for adsorption/desorption of CO2 regardless of such fluctuations in the exhaust gas temperature. .
また、一般に、CO2吸着材は、CO2脱離時の適正温度を大きく超える高温に晒され続けることで、不可逆的な劣化又は破損を生じる。そのため、排気ガス温度がそのような高温である場合には、CO2吸着材に対する排気ガスの供給を制限することなどにより、CO2吸着材を保護できるようにしておくことが望ましい。 Further, in general, CO2 adsorbents are irreversibly deteriorated or damaged by being continuously exposed to high temperatures that greatly exceed the appropriate temperature for CO2 desorption. Therefore, when the exhaust gas temperature is such a high temperature, it is desirable to protect the CO2 adsorbent by, for example, restricting the supply of the exhaust gas to the CO2 adsorbent.
さらに、CO2吸着材を含むCO2分離装置の温度や圧力などに異常が発生した場合には、CO2分離装置に対する排気ガスの供給を停止するとともに、排気ガスを安全に外部に排出するための手段を備えることが望ましい。 Furthermore, in the event of an abnormality in the temperature or pressure of the CO2 separator, which includes the CO2 adsorbent, the supply of exhaust gas to the CO2 separator will be stopped and measures will be taken to safely discharge the exhaust gas to the outside. It is desirable to be prepared.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、CO2吸着材に供給される排気ガスの温度が上昇した場合であっても、CO2吸着材を適切な温度に維持し、CO2吸着材によるCO2の吸着/脱離を良好に行うとともに、CO2吸着材の過熱を防止することができる内燃機関のCO2分離装置を提供することを目的とする。さらに、CO2分離装置に異常が発生した場合に、排気ガスを安全に外部に排出することができる内燃機関のCO2分離装置を提供することも目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and maintains the CO2 adsorbent at an appropriate temperature even when the temperature of the exhaust gas supplied to the CO2 adsorbent rises, It is an object of the present invention to provide a CO2 separation device for an internal combustion engine that can effectively adsorb/desorb CO2 by a CO2 adsorbent and prevent overheating of the CO2 adsorbent. Another object of the present invention is to provide a CO2 separation device for an internal combustion engine that can safely discharge exhaust gas to the outside when an abnormality occurs in the CO2 separation device.
この目的を達成するために、本発明の請求項1に係る内燃機関のCO2分離装置は、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガスからCO2を分離する内燃機関のCO2分離装置であって、内燃機関に接続され、排気ガスが流れる排気通路(実施形態における(以下、本項において同じ)排気通路4、第1排気通路4a、第2排気通路4b)と、排気通路に設けられ、低温時に、排気ガス中のCO2を吸着するとともに、高温時に、吸着したCO2を脱離するCO2吸着材(第1及び第2CO2吸着器7A、7B)と、排気ガス中のCO2をCO2吸着材に吸着させるCO2吸着制御と、CO2吸着材に吸着したCO2を脱離させるCO2脱離制御を選択的に実行する制御手段(ECU2、図4)と、排気通路のCO2吸着材の上流側から分岐し、CO2吸着材をバイパスし大気に開放されるバイパス通路19と、CO2脱離制御時に、CO2吸着材の温度を調整するために、排気ガスをバイパス通路19側に逃がすことによって、排気通路に流入する排気ガスの流量を制御する流量制御手段(ECU2、図4のステップ7、図5)と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve this object, a CO2 separation device for an internal combustion engine according to
この内燃機関のCO2分離装置では、CO2吸着材の上流側で排気通路から分岐するバイパス通路を備え、CO2脱離制御時に、排気ガスをバイパス通路側に逃がすことにより、排気通路に流入する排気ガスの流量を制御する。このように排気ガス流量が制御されることにより、CO2吸着材に流入する高温の排気ガスの流量が減少するので、排気通路に設けられたCO2吸着材の温度の上昇を抑制することができる。これにより、排気ガスの温度が上昇した場合であっても、CO2脱離制御時のCO2吸着材を脱離に適した温度に維持し、CO2吸着材によるCO2の吸着/脱離を良好に行うことができるとともに、CO2吸着材の過熱を防止することができる。 This CO2 separation device for an internal combustion engine is provided with a bypass passage branching from the exhaust passage on the upstream side of the CO2 adsorbent. to control the flow rate of By controlling the flow rate of the exhaust gas in this way, the flow rate of the high-temperature exhaust gas flowing into the CO2 adsorbent is reduced, so that the temperature rise of the CO2 adsorbent provided in the exhaust passage can be suppressed. As a result, even when the temperature of the exhaust gas rises, the CO2 adsorbent is maintained at a temperature suitable for desorption during the CO2 desorption control, and the CO2 adsorption/desorption by the CO2 adsorbent is performed satisfactorily. In addition, overheating of the CO2 adsorbent can be prevented.
本発明の請求項2に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関のCO2分離装置において、CO2吸着材に流入する排気ガスの温度を排気温度(第1排気温TgasIN1、第2排気温TgasIN2)として検出する排気温度検出手段(第1排気温センサ15、第2排気温センサ16)と、排気温度の目標値を目標温度TgasIN_CMDとして設定する目標温度設定手段(ECU2)と、をさらに備え、流量制御手段は、排気温度と目標温度に基づき、排気ガスの流量を制御する(図5のステップ22~ステップ28)ことを特徴とする。
The invention according to claim 2 of the present invention provides the CO2 separation device for an internal combustion engine according to
この構成によれば、CO2脱離制御時に、検出された排気温度と目標温度とに基づき排気ガス流量を制御するので、例えばCO2脱離制御時のCO2吸着材を脱離に最適な温度に維持し、CO2吸着材によるCO2の吸着/脱離をさらに良好に行うことができるとともに、CO2吸着材の過熱をより適切に防止することができる。 According to this configuration, during CO2 desorption control, the exhaust gas flow rate is controlled based on the detected exhaust temperature and the target temperature. As a result, the adsorption/desorption of CO2 by the CO2 adsorbent can be performed more satisfactorily, and overheating of the CO2 adsorbent can be more appropriately prevented.
本発明の請求項3に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関のCO2分離装置において、CO2吸着材は、第1のCO2吸着材(第1CO2吸着器7A)と、第2のCO2吸着材(第2CO2吸着器7B)とによって構成され、第1のCO2吸着材に隣接して設けられ、排気ガスとの熱交換によって排気ガスの熱を吸収する第1の熱交換器(第1熱交換器6A)と、第2のCO2吸着材に隣接して設けられ、排気ガスとの熱交換によって排気ガスの熱を吸収する第2の熱交換器(第2熱交換器6B)と、をさらに備え、排気通路は、バイパス通路19との分岐部よりも下流側から互いに分岐し、上流側から順に第2の熱交換器及び第1のCO2吸着材を通る第1の排気通路(第1排気通路4a)と、上流側から順に第1の熱交換器及び第2のCO2吸着材を通る第2の排気通路(第2排気通路4b)とによって構成され、排気ガスが流れる排気通路を、第1のCO2吸着材を対象とするCO2脱離制御時に前記第2の排気通路に切り替え、前記第2のCO2吸着材を対象とする前記CO2脱離制御時に前記第1の排気通路に切り替える排気通路切替手段(ECU2、図4)をさらに備えることを特徴とする。
The invention according to
この構成によれば、第1の排気通路に第2の熱交換器及び第1のCO2吸着材が上流側から順に設けられ、第2の排気通路に第1の熱交換器及び第2のCO2吸着材が上流側から順に設けられているとともに、排気ガスが流れる排気通路を、第1のCO2吸着材を対象とするCO2脱離制御時に前記第2の排気通路に切り替え、前記第2のCO2吸着材を対象とする前記CO2脱離制御時に前記第1の排気通路に切り替える。これにより、一方のCO2吸着材を対象としてCO2脱離制御が行われる際に、CO2脱離を行うCO2吸着材は、隣接して設けられた熱交換器が排気ガスから吸収した熱により暖められるので、効率よく脱離に適した温度まで昇温できる。また、CO2脱離制御が行われない方のCO2吸着材には、熱交換器を通ることによって冷却された排気ガスが流入するので、それにより冷却されたCO2吸着材により効率よくCO2吸着が行われる。 According to this configuration, the second heat exchanger and the first CO2 adsorbent are provided in order from the upstream side in the first exhaust passage, and the first heat exchanger and the second CO2 adsorbent are provided in the second exhaust passage. The adsorbents are provided in order from the upstream side, and the exhaust passage through which the exhaust gas flows is switched to the second exhaust passage during CO2 desorption control for the first CO2 adsorbent, and the second CO2 adsorbent is switched to the second exhaust passage. Switching to the first exhaust passage during the CO2 desorption control targeting the adsorbent. As a result, when CO2 desorption control is performed for one of the CO2 adsorbents, the CO2 adsorbent that desorbs CO2 is warmed by the heat absorbed from the exhaust gas by the heat exchanger provided adjacently. Therefore, the temperature can be efficiently raised to a temperature suitable for desorption. In addition, since the exhaust gas that has been cooled by passing through the heat exchanger flows into the CO2 adsorbent for which CO2 desorption control is not performed, the cooled CO2 adsorbent efficiently adsorbs CO2. will be
また、排気通路の切り替えにより、CO2吸着を行うCO2吸着材とCO2脱離を行うCO2吸着材を交互に切り替えて、連続的にCO2の吸着/脱離をおこなうことができるので、CO2吸着材によるCO2の吸着/脱離を良好に行うことができる In addition, by switching the exhaust passage, the CO2 adsorbent that adsorbs CO2 and the CO2 adsorbent that desorbs CO2 can be alternately switched to continuously adsorb/desorb CO2. Adsorption/desorption of CO2 can be performed well
さらに、CO2脱離制御時に、排気ガスをバイパス通路側に逃がすことにより、排気通路に流入する排気ガスの流量を制御することで、排気ガスの温度が上昇した場合であっても、CO2脱離を行うCO2吸着材の過熱を防止して適切な温度に維持するとともに、CO2吸着を行うCO2吸着材に流入する排気ガスの冷却を熱交換器で適切に行うことができる。したがって、CO2吸着材によるCO2の吸着/脱離を良好に行うことができる。 Furthermore, during the CO2 desorption control, the flow rate of the exhaust gas flowing into the exhaust passage is controlled by letting the exhaust gas escape to the bypass passage side. It is possible to prevent overheating of the CO2 adsorbent that performs CO2 adsorption and maintain it at an appropriate temperature, and to appropriately cool the exhaust gas flowing into the CO2 adsorbent that adsorbs CO2 with the heat exchanger. Therefore, adsorption/desorption of CO2 by the CO2 adsorbent can be performed satisfactorily.
本発明の請求項4に係る発明は、請求項3に記載の内燃機関のCO2分離装置において、第1又は第2のCO2吸着材に流入する排気ガスの温度を第1又は第2の排気温度(第1排気温TgasIN1、第2排気温TgasIN2)として検出する排気温度検出手段(第1排気温センサ15、第2排気温センサ16)と、第1又は第2の排気温度の目標値を目標温度TgasIN_CMDとして設定する目標温度設定手段(ECU2)と、をさらに備え、流量制御手段は、第1のCO2吸着材を対象とするCO2脱離制御時には、第2の排気温度と目標温度に基づき、第2のCO2吸着材を対象とするCO2脱離制御時には、第1の排気温度と目標温度に基づき、排気ガスの流量を制御することを特徴とする。
The invention according to
この構成では、第1のCO2吸着材がCO2脱離を行う際には、第1のCO2吸着材が第2のCO2吸着材に流入する排気ガスの熱を第1の熱交換器を介して受け取り、第2のCO2吸着材がCO2脱離を行う際には、第2のCO2吸着材が第1のCO2吸着材に流入する排気ガスの熱を第2の熱交換器を介して受け取ることになる。そのため、第1のCO2吸着材を対象とするCO2脱離制御時には、第2のCO2吸着材に流入する排気ガスの温度である第2の排気温度と目標温度に基づき、第2のCO2吸着材を対象とするCO2脱離制御時には、第1のCO2吸着材に流入する排気ガスの温度である第1の排気温度と目標温度に基づき、排気ガスの流量を制御することで、CO2脱離制御時のCO2吸着材を脱離に最適な温度に維持し、CO2吸着材によるCO2の吸着/脱離を良好に行うことができるとともに、CO2吸着材の過熱をより適切に防止することができる。 In this configuration, when the first CO2 adsorbent desorbs CO2, the first CO2 adsorbent transfers the heat of the exhaust gas flowing into the second CO2 adsorbent through the first heat exchanger. receiving, and when the second CO2 adsorbent performs CO2 desorption, the second CO2 adsorbent receives the heat of the exhaust gas flowing into the first CO2 adsorbent through the second heat exchanger; become. Therefore, during CO2 desorption control targeting the first CO2 adsorbent, the second CO2 adsorbent is controlled based on the second exhaust gas temperature, which is the temperature of the exhaust gas flowing into the second CO2 adsorbent, and the target temperature. During CO2 desorption control for It is possible to maintain the CO2 adsorbent at the optimum temperature for desorption at the time, so that the CO2 adsorption/desorption by the CO2 adsorbent can be performed well, and overheating of the CO2 adsorbent can be prevented more appropriately.
本発明の請求項5に係る内燃機関のCO2分離装置は、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガスからCO2を分離する内燃機関のCO2分離装置であって、内燃機関に接続され、排気ガスが流れる排気通路(排気通路4、第1排気通路4a、第2排気通路4b)と、排気通路に設けられ、低温時に、排気ガス中のCO2を吸着するとともに、高温時に、吸着したCO2を脱離するCO2吸着材(第1及び第2CO2吸着器7A、7B)と、排気通路のCO2吸着材の上流側から分岐し、CO2吸着材をバイパスし大気に開放されるバイパス通路19と、当該CO2分離装置の異常を検出する異常検出手段(ECU2)と、異常検出手段により当該CO2分離装置の異常が検出された場合に、排気ガスをバイパス通路19側に逃がすことによって、排気通路に流れる排気ガスの流量を減少させるように制御する流量制御手段(ECU2、図5のステップ21及びステップ29)と、を備えることを特徴とする。
A CO2 separation device for an internal combustion engine according to
この内燃機関のCO2分離装置では、CO2吸着材の上流側で排気通路から分岐するバイパス通路を備え、CO2分離装置の異常が検出された場合に、排気ガスをバイパス通路19側に逃がすことによって、排気通路に流れる排気ガスの流量を減少させるので、CO2分離装置に異常が発生した場合に、排気ガスを安全に外部に排出することができる This CO2 separation device for an internal combustion engine is provided with a bypass passage branching from the exhaust passage on the upstream side of the CO2 adsorbent. Since the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage is reduced, the exhaust gas can be safely discharged to the outside when an abnormality occurs in the CO2 separation device.
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図1は、本実施形態によるCO2分離装置1を、内燃機関3とともに示している。
Preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a
内燃機関(以下「エンジン」という)3は、例えば、車両(図示せず)に動力源として搭載されたガソリンエンジンである。エンジン3には、吸気通路(図示せず)及び排気通路4が接続されている。エンジン3では、各気筒(図示せず)において、燃料噴射弁(図示せず)から噴射された燃料と吸気通路から吸入された空気との混合気が、点火プラグ(図示せず)による点火によって燃焼し、それにより発生した高温の燃焼ガスが、排気ガスとして排気通路4に排出される。排気通路4は、エンジン3の下流で第1排気通路4aと第2排気通路4bに分岐しており、それぞれの下流側端において、ワンウェイバルブ5を介して大気に開放されている。
An internal combustion engine (hereinafter referred to as "engine") 3 is, for example, a gasoline engine mounted on a vehicle (not shown) as a power source. An intake passage (not shown) and an
CO2分離装置1は、排気通路4を流れる排気ガスからCO2(二酸化炭素)を分離し、回収するためのものであり、第1熱交換器6A、第2熱交換器6B、第1CO2吸着器7A、第2CO2吸着器7B、圧縮機9、及び貯蔵タンク10を備えている。
The
第1熱交換器6Aは、第1CO2吸着器7Aに隣接するように設けられており、第2熱交換器6Bは、第2CO2吸着器7Bに隣接するように設けられている。また、第1排気通路4aは、上流側から順に第2熱交換器6B及び第1CO2吸着器7Aを通るように設けられており、第2排気通路4bは、上流側から順に第1熱交換器6A及び第2CO2吸着器7Bを通るように設けられている。また、第1排気通路4aの第1CO2吸着器7Aの下流側、及び第2排気通路4bの第2CO2吸着器7Bの下流側からは、それぞれ第1分岐通路11a及び第2分岐通路11bが分岐しており、第1分岐通路11a及び第2分岐通路11bは、その下流側で合流して分岐通路11を形成し、分岐通路11には、上流から順に圧縮機9及び貯蔵タンク10が設けられている。
The
第1及び第2の熱交換器6A、6Bは、第1及び第2の排気通路4a、4bを流れる高温の排気ガスとの熱交換により、排気ガスを冷却するとともに、排気ガスから吸収した熱によって、隣接するCO2吸着器を昇温させるように機能する。なお、隣接とは、直接的に接触するものに限定されず、間に例えば熱伝導性の高い物質を挟んだ構造であってもよい。第1及び第2の熱交換器6A、6Bは、排気ガスとの熱交換が可能な構造であればよく、簡単な形態としては断面が凹凸の放熱面積を増大させた溝形状のもの(例えば放熱フィン構造)であってもよい。
The first and
第1及び第2のCO2吸着器7A、7Bは、排気ガス中のCO2を吸着・脱離するものであり、そのためのCO2吸着材(図示せず)を内蔵している。CO2吸着材は、CO2吸着器7A、7Bを流れる排気ガスに晒されるように設けられている。また、CO2吸着材は、例えばリチウム複合酸化物やゼオライトなどで構成されており、図3に示すような、温度に応じた吸着性能を有する。
The first and
具体的には、図3に示すように、CO2吸着材が吸着することが可能なCO2吸着量はCO2吸着材の温度に応じて変化し、温度が低いほど吸着量が大きく、温度が高くなるにつれて低下する。また、CO2吸着材の温度が、CO2脱離に適した温度を超えて高くなり過ぎた場合、CO2吸着材の劣化や破損が生じる場合がある。本実施形態のCO2分離装置1では、こうしたCO2吸着材の温度特性を利用して、後述するように、CO2吸着制御時にはCO2吸着器の温度を下げ、CO2の吸着に適した温度(例えば50℃)とすることにより排気ガス中のCO2を吸着させるとともに、CO2脱離制御時にはCO2吸着器の温度を上げ、CO2の脱離に適した温度(例えば250℃)とすることにより吸着したCO2を脱離させることで、CO2の吸着/脱離を制御するものである。
Specifically, as shown in FIG. 3, the amount of CO2 that can be adsorbed by the CO2 adsorbent changes according to the temperature of the CO2 adsorbent. The lower the temperature, the larger the adsorption amount, and the higher the temperature. decreases as Further, if the temperature of the CO2 adsorbent exceeds the temperature suitable for desorption of CO2, the CO2 adsorbent may be deteriorated or damaged. In the
圧縮機9は、例えば電動のポンプで構成されており、CO2吸着材から脱離し、流出したCO2を圧縮した状態で、貯蔵タンク10に貯蔵させる。圧縮機9の駆動/停止は、ECU2によって制御される。
The
排気通路4の第1排気通路4aと第2排気通路4bとの分岐部には、第1切替バルブ12が設けられている。第1切替バルブ12は、エンジン3からの排気ガスの流れを、第1排気通路4aと第2排気通路4bのいずれかに切り替える。第1切替バルブ12の動作は、ECU2によって制御される。すなわち、ECU2は、排気通路切替手段として機能する。
A
また、第1分岐通路11aと第2分岐通路11bとの合流部には、第2切替バルブ13が設けられている。第2切替バルブ13は、第1分岐通路11a及び第2分岐通路11bのいずれかを選択的に圧縮機9側に開放することにより、後述するCO2の脱離制御の際に、第1CO2吸着器7A及び第2CO2吸着器7Bのいずれかから脱離したCO2を圧縮機9及び貯蔵タンク10に流入させる。第2切替バルブ13の動作は、ECU2によって制御される。
A
第1排気通路4aの第2熱交換器6Bの上流側には、第1排気温センサ15が設けられており、第2排気通路4bの第1熱交換器6Aの上流側には、第2排気温センサ16が設けられている。第1及び第2排気温センサ15、16は、それらの設置位置における排気ガスの温度を、第1排気温TgasIN1、第2排気温TgasIN2としてそれぞれ検出する。それらの検出信号はECU2に出力される。
A first
また、第1排気通路4aの第1CO2吸着器7Aの下流側には、第1CO2濃度センサ17が設けられ、第2排気通路4bの第2CO2吸着器7Bの下流側には、第2CO2濃度センサ18が設けられている。第1及び第2CO2濃度センサ17、18は、それらの設置位置における排気ガスのCO2濃度を、第1CO2濃度CCO2A及び第2CO2濃度CCO2Bとしてそれぞれ検出する。それらの検出信号はECU2に出力される。
A first
また、排気通路4の第1切替バルブ12の上流側からは、バイパス通路19が分岐している。バイパス通路19は、上述した第1及び第2熱交換器6A、6B、第1及び第2CO2吸着器7A、7B、圧縮機9、及び貯蔵タンク10などをバイパスするように設けられた通路であり、その下流側端において、ワンウェイバルブ5を介して大気に開放されている。バイパス通路19には、排気バルブ20が設けられており、排気バルブ20は、その開度(以下、排気バルブ開度VEXという)を変更することにより、バイパス通路19に流れる排気ガスの流量を調整し、それにより排気通路4に流れる排気ガスの流量を調整する。すなわち、排気バルブ開度VEXが大きくなるにつれて、バイパス通路19側に流れる排気ガス流量が増大し、その分、排気通路4側に流れる排気ガス流量が減少する。
A
本明細書において、排気バルブ開度VEXを全閉にする(VEX=0%)とは、排気バルブ20を完全に閉鎖することを意味し、この場合、排気ガスはバイパス通路19側に流れなくなる。また、排気バルブ開度VEXを全開にする(VEX=100%)とは、排気バルブ20を完全に開放することを意味し、この場合、排気ガスは、ほぼ全量が流路抵抗の小さいバイパス通路19側に流れ込むようになり、排気通路4側に流れる排気ガスは僅かな量となる。排気バルブ開度VEXの変更は、ECU2によって制御される。すなわち、ECU2は、流量制御手段として機能する。
In this specification, to fully close the exhaust valve opening VEX (VEX=0%) means to completely close the
図2は、CO2分離装置の制御系の構成を示す。ECU2は、CPU、RAM、ROM及びI/Oインターフェース(いずれも図示せず)などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ECU2は、上記の排気温センサ15、16及びCO2濃度センサ17、18の検出信号などに応じて、CO2分離装置1によるCO2の吸着及び脱離を制御するCO2吸着脱離制御及び流量制御を実行する。本実施形態では、ECUが制御手段を構成する。また、ECU2は、CO2分離装置1の各所に設置された温度センサ、流量センサ、圧力センサなどの各種センサ(いずれも図示せず)の検出信号などに基づき、CO2分離装置1の異常を検出する異常検出手段としても機能する。
FIG. 2 shows the configuration of the control system of the CO2 separation device. The ECU 2 is composed of a microcomputer including a CPU, RAM, ROM, and I/O interface (none of which are shown). The ECU 2 executes CO2 adsorption/desorption control and flow rate control for controlling the adsorption and desorption of CO2 by the
上述の構成に基づき、本実施形態のCO2分離装置1の基本的な動作について説明する。本実施形態のCO2分離装置1では、エンジン3から排出された高温の排気ガスは、第1及び第2排気通路4a、4bのいずれかを通って流れ、まず、第1及び第2熱交換器6A、6Bのいずれかを通過する。熱交換器との熱交換によって冷却された低温の排気ガスは、続いて第1及び第2CO2吸着器7A、7Bのいずれかを通過する際にCO2を吸着され、その後、脱CO2排気ガス(N2、水などを含む)として大気に排出される。その一方で、高温の排気ガスから熱交換器に吸収された熱は、熱交換器に隣接する、排気ガスが導入されない方のCO2吸着器へと伝えられる。それにより、暖められたCO2吸着器からは、それまでに吸着されていたCO2が脱離する。脱離したCO2は、分岐通路11を通って圧縮機9により圧縮された後、貯蔵タンク10に貯蔵される。
The basic operation of the
本実施形態のCO2分離装置1では、上述のように、排気ガスが導入される方のCO2吸着器がCO2の吸着を行うときに、排気ガスが導入されない方のCO2吸着器がそれまでに吸着したCO2を脱離するように動作する。さらに、所定の条件下で、第1切替バルブ12により第1排気通路4aと第2排気通路4bを切り替えるように制御することにより、排気ガスが通過する熱交換器及びCO2吸着器が切り替わる。それにより、それまでCO2を吸着していたCO2吸着器が、吸着したCO2の脱離を開始し、それまでCO2を脱離していたCO2吸着器が、新たに導入される排気ガスからのCO2の吸着を開始する。
In the
さらに、本実施形態のCO2分離装置1では、以下の3点を目的として、排気バルブ開度VEXの変更によって排気通路4に流れる排気ガスの流量を制御する流量制御を実行する。第1の目的は、排気ガスの一部を適宜、バイパス通路19側に逃がすことで、CO2吸着器がCO2の吸着/脱離に適した温度に維持されるように、排気通路4側に流れる排気ガスの流量を調整することである。また、第2の目的は、排気ガスの温度が高くなり過ぎた場合に、CO2吸着器を保護するために、排気通路4側に流れる排気ガス流量を制限することで、CO2吸着器の過熱を防止することである。また、第3の目的は、CO2吸着器や排気通路4を含むCO2分離装置1に異常が発生した場合に、CO2分離装置1をバイパスして排気ガスを安全に外部に排出することである。以下では、CO2分離装置1によるCO2の吸着及び脱離を制御するCO2吸着脱離制御及び流量制御の具体的な流れについて、図4及び図5を参照しながら説明する。
Furthermore, in the
図4は、上述したCO2吸着脱離制御の制御処理を示すフローチャートである。本処理は、エンジン3の通常運転状態において、所定時間ごとに実行される。本処理では、まずステップ1(「S1」と図示。以下同じ)において、吸着制御フラグF_CO2RECが「1」であるか否かを判別する。吸着制御フラグF_CO2RECは、現在CO2の吸着を行っているのが、第1CO2吸着器7Aと第2CO2吸着器7Bのどちらであるかを判別するためのフラグであり、CO2吸着を行っているのが第1CO2吸着器7Aである場合に「1」に設定される。
FIG. 4 is a flow chart showing control processing of the above-described CO2 adsorption/desorption control. This process is executed at predetermined time intervals while the
ステップ1の判別結果がYESのときには、ステップ2に進み、第1CO2吸着器7Aの下流側に設けられた第1CO2濃度センサ17から第1CO2濃度CCO2Aを取得する。次いで、ステップ3において、取得した第1CO2濃度CCO2Aが所定値CCO2REFを超えているか否かを判別する。
When the determination result of
CO2吸着器によるCO2吸着が正常に行われている場合、排気ガス中のCO2は、CO2吸着器を通過する際に大部分が吸着されるため、CO2吸着器の下流側では排気ガスのCO2濃度が低く、CO2濃度センサの出力は小さな値を示す。一方、CO2吸着材が吸着できるCO2の量には限界があるため、CO2を吸着し続けたCO2吸着材が時間の経過とともに飽和状態に達すると、CO2はそれ以上吸着されることなく、CO2吸着器の下流側に流出し、センサ出力は急激に上昇する。本実施形態では、センサ出力の値が所定値CCO2REFを超えたか否かにより、CO2吸着材が飽和状態に達したか否かを判別する。 When the CO2 adsorption by the CO2 adsorber is performed normally, most of the CO2 in the exhaust gas is adsorbed when passing through the CO2 adsorber. is low, and the output of the CO2 concentration sensor shows a small value. On the other hand, there is a limit to the amount of CO2 that the CO2 adsorbent can adsorb. flow out to the downstream side of the vessel, and the sensor output rises sharply. In this embodiment, it is determined whether or not the CO2 adsorbent has reached saturation depending on whether or not the value of the sensor output exceeds a predetermined value CCO2REF.
ステップ3の判別結果がNOで、第1CO2濃度CCO2Aが所定値CCO2REFを超えていない場合は、第1CO2吸着器7AによるCO2吸着が正常に行われているものと判断し、ステップ7に進み、流量制御を実行した後、本処理を終了する。流量制御の詳細については後述する。
If the determination result in
一方、ステップ3の判別結果がYESで、第1CO2濃度CCO2Aが所定値CCO2REFを超えている場合、第1CO2吸着器7Aが飽和状態に達したものと判断し、以降のステップ4~6により、第1CO2吸着器7Aの動作をCO2吸着からCO2脱離に切り替えるとともに、第2CO2吸着器7Bの動作をCO2脱離からCO2吸着に切り替えるように制御が行われる。
On the other hand, if the determination result in
まず、ステップ4において、吸着制御フラグF_CO2RECの値を「0」に設定する。これにより、以降、CO2吸着を行うのが第2CO2吸着器7Bであることが記憶される。
First, in
次いで、ステップ5において、第1切替バルブ12をB側に切り替える。ここで、「第1切替バルブ12をB側に切り替える」とは、エンジン3からの排気ガスの流れを第2排気通路4b側に切り替えることを意味している。これにより、排気ガスは第1CO2吸着器7Aではなく第2CO2吸着器7Bに導入されるようになり、第2CO2吸着器7BによるCO2吸着が開始される。
Next, in
続いて、ステップ6において、第2切替バルブ13をA側に切り替える。ここで、「第2切替バルブ13をA側に切り替える」とは、第1分岐通路11aを下流の圧縮機9側に開放する(同時に、第2分岐通路11bを閉鎖する)ことを意味している。上述のステップ5において、排気ガスの流れが第2排気通路4b側に切り替えられたことにより、高温の排気ガスが第1熱交換器6Aを通過するようになる。そして、第1熱交換器6Aが排気ガスから吸収した熱は、隣接する第1CO2吸着器7Aへと伝えられる。これにより、第1CO2吸着器7Aでは、CO2吸着材の温度が上昇することで、吸着されていたCO2が脱離する。脱離したCO2は、分岐通路11の下流側にある圧縮機9により吸引され、圧縮された状態で貯蔵タンク10に貯蔵される。その後、ステップ7に進み、流量制御を実行した後、本処理を終了する。流量制御の詳細については後述する。
Subsequently, in step 6, the
一方、ステップ1の判別結果がNOのときには、ステップ8に進み、第2CO2吸着器7Bの下流側に設けられた第2CO2濃度センサ18から第2CO2濃度CCO2Bを取得する。次いで、ステップ9において、取得した第2CO2濃度CCO2Bが所定値CCO2REFを超えているか否かを判別する。ステップ9の判別結果がNOで、第2CO2濃度CCO2Bが所定値CCO2REFを超えていない場合は、第2CO2吸着器7BによるCO2吸着が正常に行われているものと判断し、ステップ7に進み、流量制御を実行した後、本処理を終了する。流量制御の詳細については後述する。
On the other hand, when the determination result of
一方、ステップ9の判別結果がYESで、第2CO2濃度CCO2Bが所定値CCO2REFを超えている場合、第2CO2吸着器7Bが飽和状態に達したものと判断して、以降のステップ10~12により、第2CO2吸着器7Bの動作をCO2吸着からCO2脱離に切り替えるとともに、第1CO2吸着器7Aの動作をCO2脱離からCO2吸着に切り替えるように制御が行われる。
On the other hand, if the determination result in
ステップ10~12は、上述したステップ4~6の逆の処理である。まず、ステップ10において、吸着制御フラグF_CO2RECの値を「1」に設定する。これにより、以降、CO2吸着を行うのが第1CO2吸着器7Aであることが記憶される。次いで、ステップ11において、第1切替バルブ12をA側に切り替える。ここで、「第1切替バルブ12をA側に切り替える」とは、エンジン3からの排気ガスの流れを第1排気通路4a側に切り替えることを意味し,これにより、排気ガスは第2CO2吸着器7Bではなく第1CO2吸着器7Aに導入されるようになり、第1CO2吸着器7AによるCO2吸着が開始される。
Steps 10-12 are the reverse processing of steps 4-6 described above. First, in
続いて、ステップ12において、第2切替バルブ13をB側に切り替える。ここで、「第2切替バルブ13をB側に切り替える」とは、第2分岐通路11bを下流の圧縮機9側に開放する(同時に、第1分岐通路11aを閉鎖する)ことを意味している。上述のステップ11において、排気ガスの流れが第1排気通路4a側に切り替えられたことにより、高温の排気ガスが第2熱交換器6Bを通過するようになる。そして、第2熱交換器6Bが排気ガスから吸収した熱は、隣接する第2CO2吸着器7Bへと伝えられる。これにより、第2CO2吸着器7Bでは、CO2吸着材の温度が上昇することで、吸着されていたCO2が脱離する。脱離したCO2は、分岐通路11の下流側にある圧縮機9により吸引され、圧縮された状態で貯蔵タンク10に貯蔵される。
Subsequently, in
以上のように、ステップ2~6又はステップ8~12の処理により、CO2吸着を行っているCO2吸着器の状態に応じ、CO2吸着器の吸着/脱離の動作の切り替えを行った後、ステップ7において、排気通路4に流れる排気ガスの流量を制御する流量制御を実行する。流量制御は、図5の処理によって実行される。
As described above, by the processing of steps 2 to 6 or steps 8 to 12, the adsorption/desorption operation of the CO2 adsorber is switched according to the state of the CO2 adsorber that is adsorbing CO2. At 7, flow rate control for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing through the
まず、ステップ21において、CO2分離装置1に設置された各種センサの検出値を取得して、異常値が検出されたか否かを判別し、それによりCO2分離装置1に異常が生じているか否かを判定する。この異常判定に用いるセンサとしては、例えば、排気通路4やCO2吸着器などにおける異常温度を検出するための温度センサ(図示せず)、凍結等による排気通路等の閉塞の発生を検出するための流量センサ(図示せず)、排気通路の外れや破損による異常圧力を検出するための圧力センサ(図示せず)などを用いることができるが、これらに限定されない。これらの各種センサから異常値が検出された場合、CO2分離装置1に異常が発生したと判断し、ステップ29に進む。
First, in step 21, the detection values of various sensors installed in the
ステップ29では、排気バルブ開度VEXを全開に制御する。これにより、エンジン3からの排気ガスは、流路抵抗が小さく圧力損失が小さいバイパス通路19側に、そのほぼ全量が流れ込むようになる。したがって、異常が検出されたCO2分離装置1をバイパスして、排気ガスを安全に外部に排出することできる。
In
一方、ステップ21において異常が検出されない場合、ステップ22に進む。ステップ22では、吸着制御フラグF_CO2RECが「1」であるか否かを判別する。 On the other hand, if no abnormality is detected in step 21 , the process proceeds to step 22 . At step 22, it is determined whether or not the adsorption control flag F_CO2REC is "1".
ステップ22の判別結果がYESの場合、すなわち現在CO2吸着を行っているのが第1CO2吸着器7Aである場合、ステップ23において、第1CO2吸着器7A及び第2熱交換器6Bの上流側に設けられた第1排気温センサ15により第1排気温TgasIN1を検出する。次いで、ステップ24において、検出された第1排気温TgasIN1と、所定の目標値TgasIN_CMDとの差(=TgasIN1-TgasIN_CMD)を、温度偏差ΔTgasINとして算出し、ステップ27へ進む。
If the determination result in step 22 is YES, that is, if the first CO2 adsorber 7A is currently adsorbing CO2, in step 23, the The first
一方、ステップ22の判別結果がNOの場合、すなわち現在CO2吸着を行っているのが第2CO2吸着器7Bである場合、ステップ25において、第2CO2吸着器7B及び第1熱交換器6Aの上流側に設けられた第2排気温センサ16により第2排気温TgasIN2を検出する。次いで、ステップ26において、検出された第2排気温TgasIN2と、所定の目標値TgasIN_CMDとの差(=TgasIN2-TgasIN_CMD)を、温度偏差ΔTgasINとして算出し、ステップ27へ進む。
On the other hand, if the determination result in step 22 is NO, that is, if it is the
ステップ27では、算出された温度偏差ΔTgasINに基づき、図6のマップを検索することによって、排気バルブ開度VEXを設定する。続いて、ステップ28において、設定された排気バルブ開度VEXとなるように、排気バルブ開度VEXを変更し、本処理を終了する。 In step 27, the exhaust valve opening VEX is set by searching the map of FIG. 6 based on the calculated temperature deviation ΔTgasIN. Subsequently, in step 28, the exhaust valve opening degree VEX is changed so as to become the set exhaust valve opening degree VEX, and this processing is terminated.
図6のマップでは、温度偏差ΔTgasINが0以下のとき、すなわち第1排気温TgasIN1又は第2排気温TgasIN2が目標値TgasIN_CMD以下のとき、排気バルブ開度VEX=0%となるように設定されている。すなわち、検出された排気温が目標値TgasIN_CMD以下のときは、排気ガスの温度はCO2吸着器がCO2吸着/脱離を行うのに適した温度であり、CO2吸着器側に流れる排気ガス流量を低下させてCO2吸着器の温度を下げる必要はないと判断し、排気バルブ開度VEXを全閉に制御する。 In the map of FIG. 6, when the temperature deviation ΔTgasIN is 0 or less, that is, when the first exhaust temperature TgasIN1 or the second exhaust temperature TgasIN2 is less than the target value TgasIN_CMD, the exhaust valve opening VEX is set to 0%. there is That is, when the detected exhaust temperature is equal to or lower than the target value TgasIN_CMD, the temperature of the exhaust gas is suitable for the CO2 adsorber to adsorb/desorb CO2, and the flow rate of the exhaust gas flowing to the CO2 adsorber side is It is judged that it is not necessary to lower the temperature of the CO2 adsorber by lowering, and the exhaust valve opening degree VEX is controlled to be fully closed.
一方、温度偏差ΔTgasINが0よりも大きいとき、すなわち第1排気温TgasIN1又は第2排気温TgasIN2が目標値TgasIN_CMDよりも高いときは、排気バルブ開度VEXは、温度偏差ΔTgasINが大きいほど、より大きな値に設定されている。これにより、検出された排気温が高いほど排気バルブ開度VEXが大きくなり、CO2吸着器側に流れる排気ガス流量がより低下することで、CO2吸着器の温度が目標値TgasIN_CMD付近に制御される。 On the other hand, when the temperature deviation ΔTgasIN is greater than 0, that is, when the first exhaust temperature TgasIN1 or the second exhaust temperature TgasIN2 is higher than the target value TgasIN_CMD, the exhaust valve opening VEX increases as the temperature deviation ΔTgasIN increases. set to a value. As a result, the higher the detected exhaust temperature, the larger the exhaust valve opening degree VEX, and the more the flow rate of the exhaust gas flowing to the CO2 adsorber side is decreased, so that the temperature of the CO2 adsorber is controlled near the target value TgasIN_CMD. .
図7は、エンジン3の通常運転状態におけるCO2分離装置1の動作及び排ガスの流れを例示した図である。本実施形態の流量制御によれば、エンジン3の通常運転状態において、CO2吸着器に流入する排気ガスの温度が目標値TgasIN_CMDよりも高くなった場合には、排気ガスの温度に応じて排気バルブ開度VEXが適宜調整されるので、CO2吸着器側に流れる排気ガス流量が調整されることにより、CO2吸着器が適切な温度に制御される。また、高負荷走行などにより排気ガスの温度が高くなり過ぎた場合であっても、その温度に応じて排気バルブ開度VEXをより大きく制御することでCO2吸着器側に流れる排気ガス流量を制限し、CO2吸着器の過熱を防止することができる。
FIG. 7 is a diagram illustrating the operation of the
図8は、異常を検出した場合のCO2分離装置の動作及び排気ガスの流れを示す図である。本実施形態の流量制御によれば、CO2分離装置1に異常が発生した場合には、排気バルブ開度VEXを全開に制御するので、異常が発生したCO2分離装置1をバイパスして、排気ガスを安全に外部に排出することできる。
FIG. 8 is a diagram showing the operation of the CO2 separation device and the flow of exhaust gas when an abnormality is detected. According to the flow rate control of the present embodiment, when an abnormality occurs in the
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、熱交換器とCO2吸着器を各2つ備え、CO2の吸着/脱離の動作を交互に切り替えて実行する構成としているが、熱交換器とCO2吸着器を各1つのみ備える構成とすること、又は各3つ以上を備える構成とすることも可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the described embodiments and can be implemented in various ways. For example, in the embodiment, two heat exchangers and two CO2 adsorbers are provided, and the operation of CO2 adsorption/desorption is alternately performed, but one heat exchanger and one CO2 adsorber are provided. It is also possible to set it as the structure provided only, or to set it as the structure provided with each 3 or more.
また、実施形態では、排気通路とバイパス通路の流路抵抗の差を利用して、バイパス通路に設けられた排気バルブの開度に応じて排気ガスがバイパス通路側に流れ込むような構成としているが、排気通路とバイパス通路の分岐部に切替バルブを設け、切替バルブの開度調整により流量を制御する構成としてもよい。 Further, in the embodiment, the difference in flow path resistance between the exhaust passage and the bypass passage is utilized to allow the exhaust gas to flow into the bypass passage according to the degree of opening of the exhaust valve provided in the bypass passage. Alternatively, a switching valve may be provided at the branch of the exhaust passage and the bypass passage, and the flow rate may be controlled by adjusting the opening of the switching valve.
また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジンなどの他の種類のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。 Further, the embodiments are examples in which the present invention is applied to a gasoline engine mounted on a vehicle, but the present invention is not limited to this, and may be applied to other types of engines such as diesel engines. , and can also be applied to engines other than those for vehicles. In addition, it is possible to change the detailed configuration as appropriate within the scope of the present invention.
1 CO2分離装置
2 ECU(電子制御ユニット)(制御手段、流量制御手段、目標温度設定手段、異常検出手段)
3 エンジン(内燃機関)
4 排気通路
4a 第1排気通路(第1の排気通路)
4b 第2排気通路(第2の排気通路)
6a 第1熱交換器(第1の熱交換器)
6b 第2熱交換器(第2の熱交換器)
7a 第1CO2吸着器(第1のCO2吸着材)
7b 第2CO2吸着器(第2のCO2吸着材)
15 第1排気温センサ(排気温度検出手段)
16 第2排気温センサ(排気温度検出手段)
19 バイパス通路
20 排気バルブ(流量調整手段)
TgasIN1 第1排気温(排気温度、第1の排気温度)
TgasIN2 第2排気温(排気温度、第2の排気温度)
TgasIN_CMD 目標温度
1 CO2 separation device 2 ECU (electronic control unit) (control means, flow rate control means, target temperature setting means, abnormality detection means)
3 Engine (internal combustion engine)
4
4b second exhaust passage (second exhaust passage)
6a first heat exchanger (first heat exchanger)
6b second heat exchanger (second heat exchanger)
7a First CO2 adsorber (first CO2 adsorbent)
7b Second CO2 adsorber (second CO2 adsorbent)
15 first exhaust temperature sensor (exhaust temperature detection means)
16 second exhaust temperature sensor (exhaust temperature detection means)
19
TgasIN1 First exhaust temperature (exhaust temperature, first exhaust temperature)
TgasIN2 Second exhaust temperature (exhaust temperature, second exhaust temperature)
TgasIN_CMD Target temperature
Claims (5)
前記内燃機関に接続され、排気ガスが流れる排気通路と、
前記排気通路に設けられ、低温時に、排気ガス中のCO2を吸着するとともに、高温時に、吸着したCO2を脱離するCO2吸着材と、
排気ガス中のCO2を前記CO2吸着材に吸着させるCO2吸着制御と、前記CO2吸着材に吸着したCO2を脱離させるCO2脱離制御を選択的に実行する制御手段と、
前記排気通路の前記CO2吸着材の上流側から分岐し、前記CO2吸着材をバイパスし大気に開放されるバイパス通路と、
前記CO2脱離制御時に、前記CO2吸着材の温度を調整するために、排気ガスを前記バイパス通路側に逃がすことによって、前記排気通路に流入する排気ガスの流量を制御する流量制御手段と、
を備えることを特徴とする、内燃機関のCO2分離装置。 A CO2 separation device for an internal combustion engine that is provided in an exhaust system of an internal combustion engine and separates CO2 from exhaust gas,
an exhaust passage connected to the internal combustion engine through which exhaust gas flows;
a CO2 adsorbent provided in the exhaust passage that adsorbs CO2 in the exhaust gas at low temperatures and desorbs the adsorbed CO2 at high temperatures;
control means for selectively executing CO2 adsorption control for causing the CO2 in the exhaust gas to be adsorbed by the CO2 adsorbent and CO2 desorption control for desorbing the CO2 adsorbed by the CO2 adsorbent;
a bypass passage that branches from the upstream side of the CO2 adsorbent of the exhaust passage, bypasses the CO2 adsorbent and is open to the atmosphere;
flow rate control means for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing into the exhaust passage by releasing the exhaust gas to the bypass passage side in order to adjust the temperature of the CO2 adsorbent during the CO2 desorption control;
A CO2 separation device for an internal combustion engine, comprising:
前記排気温度の目標値を目標温度として設定する目標温度設定手段と、をさらに備え、
前記流量制御手段は、前記排気温度と前記目標温度に基づき、排気ガスの流量を制御することを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関のCO2分離装置。 exhaust temperature detection means for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the CO2 adsorbent as the exhaust temperature;
and target temperature setting means for setting the target value of the exhaust gas temperature as the target temperature,
2. The CO2 separation device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein said flow rate control means controls the flow rate of exhaust gas based on said exhaust gas temperature and said target temperature.
前記第1のCO2吸着材に隣接して設けられ、排気ガスとの熱交換によって排気ガスの熱を吸収する第1の熱交換器と、
前記第2のCO2吸着材に隣接して設けられ、排気ガスとの熱交換によって排気ガスの熱を吸収する第2の熱交換器と、をさらに備え、
前記排気通路は、前記バイパス通路との分岐部よりも下流側から互いに分岐し、上流側から順に前記第2の熱交換器及び前記第1のCO2吸着材を通る第1の排気通路と、上流側から順に前記第1の熱交換器及び前記第2のCO2吸着材を通る第2の排気通路とによって構成され、
前記排気ガスが流れる前記排気通路を、前記第1のCO2吸着材を対象とする前記CO2脱離制御時に前記第2の排気通路に切り替え、前記第2のCO2吸着材を対象とする前記CO2脱離制御時に前記第1の排気通路に切り替える排気通路切替手段をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関のCO2分離装置。 The CO2 adsorbent is composed of a first CO2 adsorbent and a second CO2 adsorbent,
a first heat exchanger provided adjacent to the first CO2 adsorbent and absorbing heat of the exhaust gas by heat exchange with the exhaust gas;
a second heat exchanger that is provided adjacent to the second CO adsorbent and absorbs the heat of the exhaust gas by heat exchange with the exhaust gas;
The exhaust passage branches from a downstream side of a branching portion with the bypass passage, and sequentially from the upstream side, a first exhaust passage passing through the second heat exchanger and the first CO2 adsorbent; A second exhaust passage passing through the first heat exchanger and the second CO adsorbent in order from the side,
The exhaust passage through which the exhaust gas flows is switched to the second exhaust passage during the CO2 desorption control for the first CO2 adsorbent, and the CO2 desorption for the second CO2 adsorbent is performed. 2. The CO2 separation device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising exhaust passage switching means for switching to said first exhaust passage during release control.
前記第1又は第2の排気温度の目標値を目標温度として設定する目標温度設定手段と、をさらに備え、
前記流量制御手段は、前記第1のCO2吸着材を対象とする前記CO2脱離制御時には、前記第2の排気温度と前記目標温度に基づき、前記第2のCO2吸着材を対象とする前記CO2脱離制御時には、前記第1の排気温度と前記目標温度に基づき、排気ガスの流量を制御することを特徴とする、請求項3に記載の内燃機関のCO2分離装置。 exhaust temperature detection means for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the first or second CO2 adsorbent as a first or second exhaust temperature;
a target temperature setting means for setting a target value of the first or second exhaust gas temperature as a target temperature;
During the CO2 desorption control for the first CO2 adsorbent, the flow rate control means controls the CO2 desorption control for the second CO2 adsorbent based on the second exhaust gas temperature and the target temperature. 4. The CO2 separation device for an internal combustion engine according to claim 3, wherein during desorption control, the flow rate of exhaust gas is controlled based on said first exhaust gas temperature and said target temperature.
前記内燃機関に接続され、排気ガスが流れる排気通路と、
前記排気通路に設けられ、低温時に、排気ガス中のCO2を吸着するとともに、高温時に、吸着したCO2を脱離するCO2吸着材と、
前記排気通路の前記CO2吸着材の上流側から分岐し、前記CO2吸着材をバイパスし大気に開放されるバイパス通路と、
当該CO2分離装置の異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段により当該CO2分離装置の異常が検出された場合に、排気ガスを前記バイパス通路側に逃がすことによって、前記排気通路に流れる排気ガスの流量を減少させるように制御する流量制御手段と、
を備えることを特徴とする、内燃機関のCO2分離装置。 A CO2 separation device for an internal combustion engine that is provided in an exhaust system of an internal combustion engine and separates CO2 from exhaust gas,
an exhaust passage connected to the internal combustion engine through which exhaust gas flows;
a CO2 adsorbent provided in the exhaust passage that adsorbs CO2 in the exhaust gas at low temperatures and desorbs the adsorbed CO2 at high temperatures;
a bypass passage that branches from the upstream side of the CO2 adsorbent of the exhaust passage, bypasses the CO2 adsorbent and is open to the atmosphere;
Abnormality detection means for detecting an abnormality in the CO2 separation device;
flow control means for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage to decrease by releasing the exhaust gas to the bypass passage side when the abnormality detection means detects an abnormality in the CO2 separation device; ,
A CO2 separation device for an internal combustion engine, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021055258A JP2022152472A (en) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | Co2 separation device of internal combustion engine |
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- 2021-03-29 JP JP2021055258A patent/JP2022152472A/en not_active Withdrawn
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WO2024101124A1 (en) * | 2022-11-11 | 2024-05-16 | 本田技研工業株式会社 | Carbon dioxide recovery device |
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