JP4363074B2 - Exhaust gas purification system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタを備えて、エンジンの排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質(PM:パティキュレート・マター:以下PMとする)の排出量は、NOx,COそしてHC等と共に年々規制が強化されてきており、規制の強化に伴いエンジンの改良のみでは、対応できなくなってきている。そこで、エンジンから排出されるPMをディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter :以下DPFとする)と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるPMの量を低減する技術が開発されている。
【0003】
直接、このPMを捕集するDPFにはセラミックス製のモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタや、セラミックスや金属を繊維状にした繊維型タイプのフィルタ等があり、これらのDPFを用いた排気ガス浄化システムは、他の排気ガス浄化システムと同様に、エンジンの排気通路の途中に設置され、エンジンで発生する排気ガスを浄化している。
【0004】
このDPFはフィルタがPMを捕集すると捕集量に比例して排圧が上昇するので、捕集されたPMを燃焼させるなどして除去し、DPFを再生する必要がある。この再生方法には色々な方法が提案されており、間欠型再生方法のシステムと連続再生方式のシステムがある。
【0005】
そして、間欠型再生方法のシステムでは、殆どが、PM捕集用と捕集されたPMの再生用の二系統の排気系統の排気浄化システムを有し、各系統のフィルタでPM捕集時と再生時を交互に切り換え、PM除去の専用のシステムで再生しており、電気ヒーター加熱タイプ、バーナー加熱タイプ、逆洗タイプ等がある。
【0006】
しかしながら、この間欠型再生方法のシステムでは、再生が運転条件に影響され難く、再生効率も高いという利点があるが、外部からエネルギーの供給を受けてPMの燃焼を行うので、燃費の悪化を招き、また、一つのフィルタの捕集量が多くなり、再燃焼の時に燃焼制御が難しくなるという問題がある。また、二系統のDPFシステムが必要になるので、システムが大きく複雑になり、コストが高くなるため、乗用車に向かないという問題もある。
【0007】
一方、連続再生方式のシステムは、間欠型再生方式のシステムの問題点を解決すべく提案されたシステムであり、触媒及びNO2 によるPMの酸化反応によって通常のフィルタよりもPM酸化開始排気温度を下げてPMの連続再生を実現するシステムであり、酸化触媒を利用しPMの再生温度を下げ、外部からエネルギーを受けることなく、エンジンからの排気熱でPMを酸化してDPFを再生する。この場合には、PM再生が基本的には連続的になるため、より簡素化された一系統のDPFシステムとなり、再生制御も簡素化されるという利点がある。
【0008】
図8に一例として示すNO2 再生型DPFシステム1Xは、NO2 (二酸化窒素)によりPMを酸化して、DPFを再生するシステムであり、通常のウオールフローフィルタ3Abの上流に酸化触媒3Aaを配置し、排気ガス中のNO(一酸化窒素)を酸化し、発生するNO2 で、下流側のフィルタ3Abに捕集されたPMを酸化してCO2 (二酸化炭素)とし、PMを除去している。このNO2 は、O2 よりエネルギー障壁が小さいため、PM酸化温度(DPF再生温度)を低下させるので、外部からエネルギーの供給なしに排気ガス中の熱エネルギーで連続的にPM燃焼が生じるとされている。しかし、この再生温度はNO2 濃度に影響される。
【0009】
なお、図8のEはディーゼルエンジン、2は排気通路、4は燃料ポンプシステム、5は電子制御ボックス、7はバッテリー、8は消音器、9は燃料タンクである。
【0010】
また、図9に、図8のNO2 再生型DPFシステムの改良システム1Yを示す。この改良システム1Yは、酸化触媒32Aの多孔質触媒コート層31をウオールフローフィルタ3Bの多孔質壁面30に塗布し、NOの酸化とこれにより発生したNO2 によるPMの酸化を、ウオールフローフィルタ3Bの壁表面上で行うように構成し、システムを簡素化している。しかし、触媒をウオールフローフィルタ3Bの壁表面に塗るため初期のフィルタ圧損が増大する傾向にある。
【0011】
そして、図10に、ウオールフローフィルタ3Cの多孔質壁面30に、白金等の酸化触媒32Aと酸化物等のPM酸化触媒32Bの多孔質触媒コート層31を塗布し、フィルタ3Cに蓄積したPMを低温で直接触媒で燃焼し、連続再生するシステム1Zを示す。このシステム1Zは、システム1XのようにNO2 濃度に影響されない利点があるが、固体の煤を主成分とするPMを触媒で燃焼させるのは、接触表面積の関係から難しいという問題を持っている。
【0012】
しかしながら、これらの連続再生方式のシステムにおいては、PMの酸化開始温度は下がるが、まだ、350℃程度の排気温度は必要であるため、低負荷運転やアイドル運転等のエンジン運転条件では、排気温度が不足し、PM再生が生じないという問題があり、また、NOxの排出量の少ない運転条件では、PMの酸化開始温度が上昇するという問題がある。
【0013】
従って、このようなアイドルや低負荷等の排気温度が低いエンジン運転状態や低NOxエンジン運転状態が継続するとPMが蓄積してもPM酸化状態にならないため、排圧が上昇し、燃費の悪化を招き、また、エンジン停止等のトラブルが生じるおそれがある。
【0014】
そこで、これらの連続再生型DPFシステムでは、エンジン運転条件からフィルタへのPM蓄積量を算出したり、又は、PM蓄積量に対応したフィルタ圧損からPM蓄積量を推定したりして、DPF再生必要条件を設定し、このDPF再生必要条件を満たした時に、排気温度を強制的に上昇させて、蓄積したPMを強制的に燃焼させて除去するDPF再生制御を行っているが、PM蓄積量の多い場合に、このPM再生を行うと、多量に蓄積されたPMが急激に燃焼してフィルタ内の温度が高温となる異常燃焼が発生し、フィルタの溶損やクラックによる破損が生じるという問題がある。
【0015】
これらの問題を解決するために、フィルタを通電可能に形成して、フィルタの電気抵抗に起因する発熱でフィルタの捕集されたPMを燃焼除去するシステムが提案されている。
【0016】
その一つとして、比較的低温度でPMを燃焼除去するために、耐熱性に優れ且つ通電性を揺する多孔性の成形体でフィルタを形成し、フィルタの内圧の上昇に応じて、このフィルタ自体に通電し、この通電による抵抗加熱でPMの着火温度以上に昇温させてPMを燃焼除去するPMトラップ用フィルタが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0017】
また、多孔質の導電性セラミックスとPTC特性を有するセラミックスからなる複合体で形成した自己発熱可能なフィルタで構成し、このフィルタを通電状態にして加熱すると共にPTC特性により温度制御して、フィルタに吸着したPMを酸化分解する排気ガス処理用フィルターが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0018】
【特許文献1】
特開平07−253013号公報
【特許文献2】
特開平06−323129号公報
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらのフィルタ自体を通電可能に形成し、フィルタ自体に通電する方式では、フィルタの材料が特殊となる上、フィルタ全体を加熱するために、必要な加熱エネルギーが大きくなるので、電力消費量が多くなり、エンジンシステム全体としての効率が低下し、燃費が悪化するという問題が生じる。
【0020】
本発明は、上述の問題を解決するべくなされたものであり、その目的は、電力消費量が少なく、排気ガスの流量や排気ガス温度等のエンジン運転条件によって影響されずに、十分な再生能力を有し、安定したPM再生を行うことができる排気ガス浄化システムを提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中の粒子状物質を浄化する排気ガス浄化システムにおいて、排気ガス中の粒子状物質を浄化するフィルタ本体を、耐熱性と非導電性を備えた多孔質セラミックスのウォールフロータイプのハニカム構造体で形成し、該フィルタ本体の両端の千鳥状の目封じのための閉塞部材を電極で形成し、前記電極には、目封じと反対側の開放部分の孔の口径がハニカムのチャンネルの口径よりも小さくなるようにハニカムの壁よりチャンネルの内側に張り出す張出部分を設け、これらの電極でフィルタ本体の入口側電極と出口側電極を構成すると共に、該フィルタ本体の両端の前記入口側電極と前記出口側電極の間に粒子状物質を浄化する際に常時電圧を印加して、前記入口側電極と前記出口側電極の間に粒子状物質が蓄積したときに、前記張出部分と反対側の前記電極の目封じ部分との間が蓄積された粒子状物質により導通するように形成して構成される。
【0022】
そして、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記フィルタ本体を、コーディエライトで形成する。また、前記排気ガス浄化システムは、酸化触媒又はPM酸化触媒の少なくとも一方を用いた連続再生型排気ガス浄化システムにも適用できる。
【0023】
本発明は、ウオールフロータイプのハニカム構造のフィルタを使用する排気ガス浄化システムにおいて、フィルタ本体の両端の閉塞部に金属製等の電極を配置し、この電極に高電圧を印加しておくことにより、PM中のPMが電気伝導物で導電性を有するため、PMの蓄積に伴って、PMに直接電流が流れてPMが直接発熱して燃焼し、除去される。
【0024】
従って、排気ガス流量、温度等のエンジン運転条件によって再生能力が影響されることがなく、すべての運転条件において、安定した確実なPM再生を行うことができる。
【0025】
また、通電可能となるPM蓄積量に達すると、即座に通電・発熱・燃焼の再生が行われるので、フィルタの目詰まりによる排圧上昇が少なく、エンジンの燃費の悪化が少なくなる。
【0026】
その上、PM堆積量が少なく通電可能でない場合には通電されず、しかも、フィルタ本体の全体を加熱してPMの再生を行うのではなく、PM捕集量が一定以上になった部分のみを通電により加熱して再生するので、熱損失が少なく、低エネルギーで再生を行うことができ、少ない電力消費量で効率よく排気ガス浄化システムのフィルタを再生できる。
【0027】
また、フィルタでPMを捕集している最中に、再生を行えるので、連続再生方式のシステムとすることができ、再生用、捕集用の2系統のフィルタシステムが不要となるので、装置を小型化できる。
【0028】
更に、酸化触媒又はPM酸化触媒の少なくとも一方を用いた連続再生型排気ガス浄化システムに適用すると、PMの燃焼開始温度(酸化開始温度)を下げることができるので、より低い印加電圧で、かつ、より少ない電力消費量でより効率よく再生できる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。
【0030】
図1に、この排気ガス浄化システム1の構成を示す。この排気ガス浄化システム1では、ディーゼルエンジンEの排気マニホールドに接続する排気通路(排気管)2のエンジンEと消音器8の間に電極付きDPF3が設けられている。この電極付きDPF3の配置は、再生エネルギーを考慮するとエンジンEに近い位置が望ましい。
【0031】
また、ディーゼルエンジンEは、燃料タンク9から供給される燃料を、燃料ポンプシステム4により供給され、バッテリー7を電源とする電子制御ボックス(ECU:エンジンコントロールユニット)5による制御の元で燃料噴射し、発生した排気ガスGは、排気通路2と通り電極付きDPF3で浄化された排気ガスGcとなり、消音器8を経由して大気中に排出される。
【0032】
図2〜図5に示すように、この電極付きDPF3は、フィルタ本体11と入口側電極12と出口側電極13とからなり、入口側電極12と出口側電極13は電源14に接続され、エンジンの運転時には、入口側電極12と出口側電極13の間のフィルタ本体11には高電圧Vaが常時印加されるように構成される。
【0033】
この電極12,13への印加電圧Vaは昇圧器(図示しない)によって電圧を上げられており、好ましくは、この印加電圧VaをPM捕集量、エンジン出口排圧によって、効率よくPMの再燃が生じるように、電子制御する。
【0034】
このフィルタ本体11は、コーディエライト製で、多孔質のセラミックスの壁11wで区切られたチャンネル(通路:セル)11cの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタで形成される。
【0035】
この入口側の千鳥状の目封じは、入口側電極12となる金属材料で形成された閉塞部材で行われ、出口側の千鳥状の目封じは、出口側電極13となる金属材料で形成された閉塞部材で行われる。なお、この電極12,13はハニカムフィルタの両端部をそれぞれを目封じするが、図3及び図5に示すように、開放部分の孔12h,13hの口径は、ハニカムのチャンネル11cの口径よりも小さく形成し、ハニカムの壁11wより、チャンネル11cの内側に電極12,13が張り出すように形成する。
【0036】
この構成では、排気ガスG中のPM(粒子状物質)は、排気ガスGが多孔質のセラミックスの壁11wを通過する時に、壁11wの表面に捕集される。
【0037】
次に、フィルタ再生について説明する。
【0038】
図5に示すように、PMがフィルタの壁11wに捕集及び蓄積されていない場合には、フィルタ本体11を形成するコーディエライトは、電気抵抗が非常に大きい絶縁物質であるので、入口側電極12と出口側電極13に電源14により高電圧Vaを印加しても、電流計15でも図示するように電流は流れず、電力消費も発生しない。
【0039】
一方、図6に示すように、PMがフィルタの壁11wに捕集及び蓄積されてくると、PMの主成分であるPM(Soot)は導電性を有し電流が流れるので、入口側電極12と出口側電極13との間に電圧Vaを印加しておくと、入口側電極12の開放部分の孔12hの張出部分12aと、出口側電極13の目封じ部分13aとの間が蓄積されたPMにより導通する。
【0040】
この導通により、電流が流れるので、PMの電気抵抗により直接PMが発熱して昇温し、着火燃焼温度以上になると着火して燃焼し、CO2 になり除去される。この燃焼は、排気ガスG流れに沿って下流方向に伝播燃焼して行くので、このフィルタの壁11wに蓄積されたPMは燃焼除去される。
【0041】
そして、PMが燃焼除去されると、電気を通すPMが無くなるので、電流が流れなくなる。これを繰り返し、捕集しながら、一定以上に蓄積したPMを電流により発熱させて燃焼除去する。
【0042】
つまり、電極12,13に常時電圧Vaをかけておき、PMが捕集されPMにより電極12,13間の電気抵抗が低下し通電が生じるとその部分のPMが発熱し、燃焼が起こり再生が行われる。
【0043】
このPMの燃焼除去に際しては、PMの蓄積量が一定以上にならないと導通しないので、電力消費が起こらず、一定以上のPMが捕集されて始めて導通し、PMの一部が燃焼除去されると、導通がなくなり、PMの燃焼による熱で、燃焼が伝播するので、非常に少ない電力消費量で効率よくPMを燃焼除去できる。
【0044】
しかも、フィルタ本体11の全体に通電するのではなく、蓄積されたPMに対して局部的に通電され、PMの蓄積量が局部的に多いとその部分の電流による発熱が大きくなるので、エネルギーの効率が非常によい。
【0045】
次に、電極12,13の印加電圧Vaについて説明する。
【0046】
この電極12,13の印加電圧Vaは、一定電圧であってもよいが、より効率よく電力エネルギーを使用するために、エンジン回転、負荷等のエンジン運転状態からPM排出量を算出し、PMの排出量が多いエンジン運転条件が続く場合に、印加電圧Vaを上げる制御を行い、PMの再生を速める。この印加電圧制御フローを図7に示す。
【0047】
この図7の印加電圧制御フローは、エンジンのスタートと共にスタートし、エンジンの運転中は、ステップS11からステップS16のステップを繰り返し実行し、エンジンの停止と共に制御を停止し、終了するものとして示してある。 この図7の印加電圧制御フローがスタートすると、ステップS11で、印加電圧Vaを予め設定されている初期印加電圧V1とする。また、電圧上昇時間tuをゼロにセットする。
【0048】
次のステップS12では、エンジン回転速度Neとエンジン負荷Qとから、予め入力されているマップデータ等を参照してPM排出量Mcを算出する。
【0049】
次のステップS13では、計測排圧PmのチェックとPM排出量Mcのチェックを行い、計測排圧Pmが、所定の判定値P1より小さく、かつ、PM排出量Mcが所定の判定値M1より小さい場合には、印加電圧Vaを変更せずに、ステップS12に戻る。
【0050】
ステップS13のチェックで、計測排圧Pmが、所定の判定値P1より大きいか、あるいは、PM排出量Mcが所定の判定値M1より大きい場合には、ステップS14に行き、電極への印加電圧Vaを上昇させ(Va=Va+ΔVa)、また、電圧上昇時間tuをカウント(tu=tu+Δtu)してから、ステップS15に行く
ステップS15では、設定通電時間taが所定の判定値t1以下か否かをチェックする。電圧上昇時間tuが所定の設定通電時間t1以下の場合は、ステップS14に戻り、電圧上昇時間tuが所定の設定通電時間t1を超えるまで、ステップS14の印加電圧Vaの上昇(Va=Va+ΔVa)を行い、電圧上昇時間tuが所定の設定通電時間t1を超えると、ステップS11に戻り、印加電圧Vaを初期印加電圧V1に戻し、ステップS12以降を繰り返す。
【0051】
このステップS11〜ステップS15を繰り返して行い、エンジンのキーOFFにより、割り込みが発生し、この制御フローはストップし、終了する。
【0052】
この印加電圧制御フローに従った制御により、PM排出量Mcが低い場合と、計測排圧Pmが低い場合では、印加電圧Vaを所定の初期印加電圧V1として継続し、エンジンの運転状態がPM排出量Mcが多い場合、あるいは、目詰まりが進行してきて計測排圧Pmが高くなった場合には、電圧上昇時間tuが所定の設定通電時間t1を超えるまで、印加電圧Vaを上昇し続け、電圧上昇時間tuが所定の設定通電時間t1を超えると、印加電圧Vaを所定の初期印加電圧V1に戻すことができる。
【0053】
なお、本発明は、上記の排気ガス浄化システム1に限定されず、他のDPFシステム、特に、連続再生方式のDPFシステムにも適用できる。
【0054】
例えば、図8のような酸化触媒3Aaをフィルタ3Abの前に配置したNO2 再生型DPFシステム1Xにおいて、フィルタ3Abを電極付きフィルタとしたり、図9に示すようなNO2 再生型DPFシステムの改良システム1Yの酸化触媒32Aを担持したウオールフローフィルタ3Bを、酸化触媒32Aを担持した電極付きフィルタとしたり、また、図10に示すような、白金等の酸化触媒32Aと酸化物等のPM酸化触媒32Bを担持したウオールフローフィルタ3Cを、白金等の酸化触媒32Aと酸化物等のPM酸化触媒32Bを担持した電極付きフィルタとすることができる。
【0055】
これらの本発明の電極付きフィルタを適用した連続再生方式のDPFシステムによれば、PMの燃焼開始温度が低下するので、より少ない電力消費量でより効率よくDPFを再生することができるようになる。
【0056】
【発明の効果】
以上に説明をしたように、本発明の排気ガス浄化システムによれば、フィルタ本体の両端に常時電圧を印加した電極を配置したので、PMが蓄積して通電可能になった場合に、このPMが溜まった部分に局所的に電流が流れ、この電流によりPMが発熱昇温して着火し、燃焼が開始される。
【0057】
そのため、排気ガス流量、温度等のエンジン運転条件によって再生能力が影響されることがなく、すべての運転条件において、安定した確実なPM再生を行うことができる。しかも、暴走燃焼に移行する程の蓄積量にまでPMが蓄積することがなくなり、フィルタの溶損や破損を回避できる。
【0058】
また、通電可能となるPM蓄積量に達すると、即座に通電・発熱・燃焼の再生が行われるので、フィルタの目詰まりによる排圧上昇が少なく、エンジンの燃費の悪化が少なくなる。
【0059】
そして、フィルタ本体に通電してフィルタ全体を暖めるのではなく、PMを直接加熱するので熱損失が小さく、更に、PMが蓄積した時のみ、しかも、蓄積した部分のみに電流が流れ、また、通電によりPMが燃焼消滅すると、再び電流は流れなくなるので、消費電力が非常に小さくなる。
【0060】
その上、この排気ガス浄化システムは、フィルタでPMを捕集している最中に、再生を行えるので、連続再生方式のDPFシステムとなり、一系統のDPFシステムとして小型化でき、しかも、再生制御が、一定電圧の印加、または、印加電圧の制御となり、非常にシンプルな制御となる。
【0061】
また、酸化触媒とPM酸化触媒の少なくとも一方を用いた連続再生型排気ガス浄化システムにおいては、PMの燃焼開始温度(酸化開始温度)が下がるので、より低い印加電圧で、より少ない電力消費量で、より効率よく再生できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成図である。
【図2】本発明に係るフィルタ本体と電極を模式的に示す図である。
【図3】本発明に係るフィルタ本体の構造を模式的に示す部分断面図である。
【図4】本発明に係るフィルタの壁の構成を示す部分拡大断面図である。
【図5】フィルタの壁にPMが堆積していない状態を示す図である。
【図6】フィルタの壁にPMが堆積し、通電により燃焼を開始している状態を示す図である。
【図7】印加電圧制御フローの一例を示す図である。
【図8】従来技術の排気ガス浄化システムの一例を示すシステム構成図である。
【図9】従来技術の排気ガス浄化システムの他の一例を示すシステム構成図である。
【図10】従来技術の排気ガス浄化システムの他の一例を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
1 排気ガス浄化システム
2 排気通路(排気管)
3 電極付きDPF
11 フィルタ本体
12 入口側電極
13 出口側電極
14 電源
E ディーゼルエンジン
G 排気ガス
Gc 浄化された排気ガス
Va 印加電圧(高電圧)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification system that includes a continuously regenerating diesel particulate filter and purifies engine exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
Emissions of particulate matter (PM: particulate matter: hereinafter referred to as PM) emitted from diesel engines have been strengthened year by year along with NOx, CO and HC. Improvement alone has made it impossible to respond. Therefore, a technology has been developed that collects PM discharged from the engine with a filter called a diesel particulate filter (DPF) and reduces the amount of PM discharged to the outside. Yes.
[0003]
The DPF that directly collects PM includes ceramic monolith honeycomb wall flow type filters and fiber type filters made of ceramics and metal fibers. Exhaust gas purification using these DPFs Similar to other exhaust gas purification systems, the system is installed in the middle of the exhaust passage of the engine and purifies exhaust gas generated by the engine.
[0004]
When the DPF collects PM, the exhaust pressure rises in proportion to the amount collected, so it is necessary to regenerate the DPF by removing the collected PM by burning or the like. Various methods have been proposed for this reproduction method, and there are an intermittent reproduction system and a continuous reproduction system.
[0005]
And most of the systems of the intermittent regeneration method have an exhaust purification system of two exhaust systems for PM collection and regeneration of the collected PM, and at the time of PM collection by a filter of each system The regeneration is switched alternately, and regeneration is performed by a system dedicated to removing PM, and there are an electric heater heating type, a burner heating type, a backwash type and the like.
[0006]
However, this intermittent regeneration system has advantages that regeneration is not easily influenced by operating conditions and regeneration efficiency is high, but PM is burned by receiving energy supply from the outside, resulting in deterioration of fuel consumption. In addition, there is a problem that the amount of collection of one filter increases, and combustion control becomes difficult at the time of re-combustion. In addition, since a two-system DPF system is required, the system becomes large and complicated, and the cost becomes high, so there is a problem that it is not suitable for a passenger car.
[0007]
On the other hand, the continuous regeneration system is a system proposed to solve the problems of the intermittent regeneration system, and the PM oxidation start exhaust temperature is higher than that of a normal filter due to the PM oxidation reaction by the catalyst and NO 2. This is a system that realizes continuous regeneration of PM by lowering the regeneration temperature of PM using an oxidation catalyst, and oxidizes PM with exhaust heat from the engine to regenerate DPF without receiving energy from the outside. In this case, since PM regeneration is basically continuous, there is an advantage that a simpler one-system DPF system is obtained and regeneration control is simplified.
[0008]
The NO 2 regeneration
[0009]
In FIG. 8, E is a diesel engine, 2 is an exhaust passage, 4 is a fuel pump system, 5 is an electronic control box, 7 is a battery, 8 is a silencer, and 9 is a fuel tank.
[0010]
FIG. 9 shows an improved
[0011]
In FIG. 10, a porous
[0012]
However, in these continuous regeneration systems, the oxidation start temperature of PM is lowered, but an exhaust temperature of about 350 ° C. is still necessary. Therefore, under engine operating conditions such as low load operation and idle operation, the exhaust temperature And there is a problem that PM regeneration does not occur, and there is a problem that the oxidation start temperature of PM rises under operating conditions with a small amount of NOx emission.
[0013]
Therefore, if the engine operating state where the exhaust temperature is low, such as idling or low load, or the low NOx engine operating state continues, PM does not become oxidized even if PM accumulates. There is a risk of inviting and troubles such as engine stoppage.
[0014]
Therefore, in these continuous regeneration type DPF systems, it is necessary to regenerate the DPF by calculating the PM accumulation amount in the filter from the engine operating conditions or estimating the PM accumulation amount from the filter pressure loss corresponding to the PM accumulation amount. When the conditions are set and this DPF regeneration requirement is satisfied, the exhaust gas temperature is forcibly raised, and the accumulated PM is forcibly burned and removed. If there is a large amount of PM regeneration, a large amount of accumulated PM burns rapidly, causing abnormal combustion in which the temperature in the filter becomes high, and the filter is damaged or damaged by cracks. is there.
[0015]
In order to solve these problems, a system has been proposed in which the filter is formed so as to be able to be energized, and the PM collected by the filter is burned and removed by the heat generated by the electrical resistance of the filter.
[0016]
As one of them, in order to burn and remove PM at a relatively low temperature, a filter is formed with a porous molded body having excellent heat resistance and shaking electric conductivity, and this filter itself according to the increase in the internal pressure of the filter. A PM trap filter has been proposed in which the PM is combusted and removed by raising the temperature above the ignition temperature of PM by resistance heating due to this energization (see, for example, Patent Document 1).
[0017]
In addition, it is composed of a self-heatable filter formed of a composite made of porous conductive ceramics and ceramics having PTC characteristics. The filter is energized and heated, and temperature controlled by PTC characteristics, An exhaust gas treatment filter that oxidatively decomposes adsorbed PM has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
[0018]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 07-253013 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 06-323129
[Problems to be solved by the invention]
However, when these filters are formed so that they can be energized and the filter itself is energized, the filter material is special and the heating energy required to heat the entire filter increases. This increases the efficiency of the engine system as a whole and causes a problem that fuel efficiency deteriorates.
[0020]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its purpose is low power consumption and sufficient regeneration capacity without being affected by engine operating conditions such as exhaust gas flow rate and exhaust gas temperature. And an exhaust gas purification system capable of performing stable PM regeneration.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
An exhaust gas purification system for achieving the above object is disposed in an exhaust passage of an engine and purifies particulate matter in exhaust gas in an exhaust gas purification system that purifies particulate matter in exhaust gas. The filter body is formed of a wall flow type honeycomb structure of porous ceramics having heat resistance and non-conductivity, and a blocking member for staggered plugging at both ends of the filter body is formed of electrodes. The electrode is provided with an overhanging portion that protrudes from the honeycomb wall to the inside of the channel so that the aperture diameter of the open portion on the opposite side of the plug is smaller than the aperture of the honeycomb channel. In addition to constituting the inlet-side electrode and the outlet-side electrode of the filter body, it is always necessary to purify particulate matter between the inlet-side electrode and the outlet-side electrode at both ends of the filter body. When the particulate matter is accumulated between the inlet side electrode and the outlet side electrode, the particulate matter is accumulated between the protruding portion and the plugged portion of the electrode on the opposite side. It is formed and configured to be conductive.
[0022]
In the exhaust gas purification system, the filter body is formed of cordierite. The exhaust gas purification system can also be applied to a continuous regeneration exhaust gas purification system using at least one of an oxidation catalyst and a PM oxidation catalyst.
[0023]
The present invention relates to an exhaust gas purification system using a wall flow type honeycomb structure filter, by arranging electrodes made of metal or the like in the closed portions at both ends of the filter body, and applying a high voltage to the electrodes. Since the PM in the PM is an electrical conductor and has conductivity, as the PM accumulates, a current flows directly through the PM, and the PM directly generates heat and burns and is removed.
[0024]
Therefore, the regeneration capability is not affected by engine operating conditions such as the exhaust gas flow rate and temperature, and stable and reliable PM regeneration can be performed under all operating conditions.
[0025]
Further, when the amount of accumulated PM that can be energized is reached, energization, heat generation, and combustion are immediately regenerated, so that an increase in exhaust pressure due to clogging of the filter is small, and deterioration in fuel consumption of the engine is reduced.
[0026]
In addition, when the PM accumulation amount is small and energization is not possible, the energization is not performed, and the entire filter main body is not heated to regenerate PM, but only the portion where the PM trapping amount exceeds a certain level. Since the heat is regenerated by energization, the heat loss is small, the regeneration can be performed with low energy, and the filter of the exhaust gas purification system can be efficiently regenerated with a small amount of power consumption.
[0027]
In addition, since regeneration can be performed while PM is being collected by a filter, a continuous regeneration system can be provided, and two filter systems for regeneration and collection are not required. Can be miniaturized.
[0028]
Furthermore, when applied to a continuously regenerative exhaust gas purification system using at least one of an oxidation catalyst and a PM oxidation catalyst, the combustion start temperature (oxidation start temperature) of PM can be lowered, so that a lower applied voltage, and More efficient playback with less power consumption.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
FIG. 1 shows the configuration of the exhaust gas purification system 1. In the exhaust gas purification system 1, an electrode-attached
[0031]
The diesel engine E also injects fuel supplied from the
[0032]
As shown in FIGS. 2 to 5, the electrode-attached
[0033]
The voltage Va applied to the
[0034]
This
[0035]
The staggered plugging on the inlet side is performed by a closing member formed of a metal material that becomes the
[0036]
In this configuration, PM (particulate matter) in the exhaust gas G is collected on the surface of the
[0037]
Next, filter regeneration will be described.
[0038]
As shown in FIG. 5, when PM is not collected and accumulated on the
[0039]
On the other hand, as shown in FIG. 6, when PM is collected and accumulated on the
[0040]
This conduction, current flows, heated and directly PM is heated by the electric resistance of the PM, and ignited to become more ignition combustion temperature combustion becomes CO 2 is removed. Since this combustion propagates and combusts in the downstream direction along the flow of the exhaust gas G, the PM accumulated on the
[0041]
And when PM is burned and removed, there is no PM to conduct electricity, so no current flows. While this is repeated and collected, the PM accumulated above a certain level is heated by an electric current to be removed by combustion.
[0042]
That is, when the voltage Va is constantly applied to the
[0043]
When the PM is burned and removed, it does not conduct unless the accumulated amount of PM exceeds a certain level. Therefore, power consumption does not occur, and conduction only occurs when PM exceeding a certain level is collected, and a part of the PM is burned and removed. Since the conduction is lost and the combustion is propagated by the heat generated by the combustion of the PM, the PM can be efficiently burned and removed with a very small amount of power consumption.
[0044]
In addition, the
[0045]
Next, the voltage Va applied to the
[0046]
The applied voltage Va of the
[0047]
The applied voltage control flow of FIG. 7 starts with the start of the engine. While the engine is operating, the steps from Step S11 to Step S16 are repeatedly executed, and the control is stopped and stopped when the engine is stopped. is there. When the applied voltage control flow of FIG. 7 starts, the applied voltage Va is set to the preset initial applied voltage V1 in step S11. Also, the voltage rise time tu is set to zero.
[0048]
In the next step S12, the PM emission amount Mc is calculated from the engine rotational speed Ne and the engine load Q with reference to map data inputted in advance.
[0049]
In the next step S13, the measured exhaust pressure Pm and the PM discharge amount Mc are checked, the measured exhaust pressure Pm is smaller than a predetermined determination value P1, and the PM exhaust amount Mc is smaller than a predetermined determination value M1. In this case, the process returns to step S12 without changing the applied voltage Va.
[0050]
If it is determined in step S13 that the measured exhaust pressure Pm is greater than the predetermined determination value P1 or the PM discharge amount Mc is greater than the predetermined determination value M1, the process goes to step S14 to apply the voltage Va applied to the electrode. Is increased (Va = Va + ΔVa), and the voltage increase time tu is counted (tu = tu + Δtu), and then, in step S15, which goes to step S15, it is checked whether the set energization time ta is equal to or less than the predetermined determination value t1. To do. If the voltage increase time tu is equal to or shorter than the predetermined set energization time t1, the process returns to step S14, and the applied voltage Va is increased (Va = Va + ΔVa) in step S14 until the voltage increase time tu exceeds the predetermined set energization time t1. If the voltage rise time tu exceeds the predetermined set energization time t1, the process returns to step S11, the applied voltage Va is returned to the initial applied voltage V1, and step S12 and subsequent steps are repeated.
[0051]
Steps S11 to S15 are repeated, an interrupt is generated when the engine key is turned off, and the control flow is stopped and terminated.
[0052]
By the control according to the applied voltage control flow, when the PM discharge amount Mc is low and when the measured exhaust pressure Pm is low, the applied voltage Va is continued as the predetermined initial applied voltage V1, and the engine operating state is PM discharged. When the amount Mc is large, or when clogging progresses and the measured exhaust pressure Pm increases, the applied voltage Va continues to rise until the voltage rise time tu exceeds the predetermined set energization time t1, and the voltage When the rising time tu exceeds the predetermined set energization time t1, the applied voltage Va can be returned to the predetermined initial applied voltage V1.
[0053]
Note that the present invention is not limited to the exhaust gas purification system 1 described above, but can be applied to other DPF systems, in particular, continuous regeneration type DPF systems.
[0054]
For example, in the NO 2 regeneration
[0055]
According to the continuous regeneration type DPF system to which the filter with an electrode of the present invention is applied, the combustion start temperature of PM is lowered, so that the DPF can be regenerated more efficiently with less power consumption. .
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the exhaust gas purification system of the present invention, since the electrodes to which voltage is constantly applied are arranged at both ends of the filter body, when PM accumulates and can be energized, this PM A current flows locally in the accumulated portion, and this current causes the PM to generate heat and ignite, and combustion is started.
[0057]
Therefore, regeneration performance is not affected by engine operating conditions such as exhaust gas flow rate and temperature, and stable and reliable PM regeneration can be performed under all operating conditions. In addition, PM does not accumulate to the accumulation amount enough to shift to runaway combustion, and the filter can be prevented from being melted or broken.
[0058]
Further, when the amount of accumulated PM that can be energized is reached, energization, heat generation, and combustion are immediately regenerated, so that an increase in exhaust pressure due to clogging of the filter is small, and deterioration in fuel consumption of the engine is reduced.
[0059]
In addition, since the PM is directly heated rather than energizing the filter body to heat the entire filter, the heat loss is small, and only when the PM is accumulated, the current flows only in the accumulated portion. When PM is burned out, current stops flowing again, so power consumption becomes very small.
[0060]
In addition, since this exhaust gas purification system can regenerate while collecting PM with a filter, it becomes a continuous regeneration type DPF system, which can be downsized as a single DPF system, and also has regeneration control. However, the application of a constant voltage or the control of the applied voltage is very simple control.
[0061]
Further, in a continuous regeneration type exhaust gas purification system using at least one of an oxidation catalyst and a PM oxidation catalyst, the combustion start temperature (oxidation start temperature) of PM is lowered, and therefore, with a lower applied voltage and less power consumption. Can be played more efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a filter main body and electrodes according to the present invention.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view schematically showing the structure of a filter body according to the present invention.
FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view showing a configuration of a filter wall according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a state where PM is not deposited on the wall of the filter.
FIG. 6 is a diagram showing a state where PM is deposited on the wall of the filter and combustion is started by energization.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an applied voltage control flow.
FIG. 8 is a system configuration diagram showing an example of a conventional exhaust gas purification system.
FIG. 9 is a system configuration diagram showing another example of a conventional exhaust gas purification system.
FIG. 10 is a system configuration diagram showing another example of a conventional exhaust gas purification system.
[Explanation of symbols]
1 Exhaust
3 DPF with electrode
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