JP4554894B2 - Exhaust gas purification method and exhaust gas purification system - Google Patents

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【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微粒子状物質(PM:パティキュレート・マター:以下PMとする)の排出量は、窒素酸化物(以下NOx),一酸化炭素(以下CO)そして炭化水素(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】
DPFはフィルタがPMを捕集すると捕集量に比例して排圧(排気ガス圧力)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、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。
【0005】
しかしながら、これらの再生方法をとる場合には、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、再生時の制御が難しく、PM捕集、PM燃焼(DPF再生)を交互に行うような二系統のDPFシステムが必要になる等、システムが大きく複雑になるという問題がある。
【0006】
この問題を解決するために、触媒を利用しPMの酸化温度を下げ、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を再生する技術が提案されている。この場合には、DPF再生が基本的には連続的になるため連続再生型DPFシステムと呼ばれているが、これらのシステムは、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。
【0007】
図11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)を酸化する。従って、酸化触媒3Aa後流の排気ガス中のNOxは殆どがNO2 になる。この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。
【0008】
なお、図11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。
【0009】
また、図12に、図11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。
【0010】
そして、図13に、ウオールフローフィルタ3Cの多孔質壁面30に、酸化触媒32Aと酸化物等のPM酸化触媒32Bと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を低温で燃焼し、連続再生するシステム1Zを示す。
【0011】
そして、これらの触媒付きDPFシステムは、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る。
【0012】
しかし、PM酸化開始排気温度を下げても、まだ、350℃程度の排気温度は必要であるため、アイドルや低負荷のエンジン運転条件では、排気温度が低いため、PMの酸化及びDPFの自己再生が生じない。
【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条件が継続すると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。
【0015】
このDPF再生制御では、アイドルや低負荷等のエンジン運転条件の場合でも、コモンレール等の電子制御式燃料噴射システム等を利用して、噴射時期遅延や多段噴射等で排気温度を上昇させたり、また、DPF前段の酸化触媒に、ポスト噴射や排気管内噴射によって供給した燃料の燃焼で排気温度を上昇させたりして、捕集されたPMを再燃焼温度以上にして燃焼除去しDPFの再生を行っている。
【0016】
例えば、上流側の酸化触媒と下流側のDPFと電子制御蓄圧式インジェクタを備えたエンジンの排ガス浄化装置において、圧力センサでPMの捕集量が所定量以上になったことを検出した時に、気筒(シリンダ)の排気弁の閉止直前に気筒に燃料を噴射する制御を行い、この噴射された未燃の燃料が上流側の酸化触媒で酸化されて燃焼し、排ガス温度を高温して、この高温の排ガスで、下流側のDPFに捕集されたPMを焼却してDPFを再生することが提案されている(特許文献1参照。)。
【0017】
【特許文献1】
特開平08−42326号公報 (第2頁)
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、DPFの再生のためには、350℃程度の排気温度が必要であるため、アイドルや低負荷のエンジン運転条件では、排気ガスの昇温幅が大きくなり、しかも、大量の排気ガスを高温にする必要があるため、多大の燃費悪化を招くという問題がある。
【0019】
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、連続再生型DPFにおいて、メイン噴射装置のポスト噴射又は排気管に設置した炭化水素添加装置からの噴射等により、炭化水素を触媒付きDPFに供給することにより、この炭化水素の触媒による低温酸化反応を利用して、低温の排気温度でもPM再生燃焼を行うことができる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。
【0020】
【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方法は、内燃機関の排気通路に設けた酸化触媒又は酸化触媒とPM酸化触媒を担持させた触媒付きDPFに捕集されるPMを燃焼除去する方法であって、排気温度が炭化水素酸化燃焼温度以上である場合は超温時間の積算値を追加し、炭化水素酸化燃焼温度より小さい温度である場合には超温時間の積算値を維持する第1工程と、該第1工程による超温時間の積算値が所定の時間以上になると、排気温度が、PMが燃焼除去される下限値であるバランスポイント温度以下であるかを判定する第2工程と、排気温度が前記バランスポイント温度以下のときに、前記触媒付きDPFの上流側の排気ガス中に炭化水素を添加し、炭化水素の低温酸化反応を利用して前記触媒付きDPFに捕集されたPMを燃焼除去する第3工程を行うことを特徴とする。
【0021】
この炭化水素は、内燃機関等に用いられる燃料等であり、ガソリン、軽油、灯油、A重油等の一般的な炭化水素である。
【0022】
この排気ガス浄化方法によれば、排気ガス中に添加された炭化水素が触媒付きDPFの触媒近傍に吸着し、この気体吸着の炭化水素は触媒活性が非常に大きく、低温域(例えば、約200℃程度)から触媒と反応するので、その反応熱を着火源にして、触媒付きDPFに捕集されたPMを低温域から燃焼させて除去することができる。
【0023】
そのため、PM再生のための燃焼開始温度を下げることができ、低い排気温度でもPMを燃焼除去できるようになり、DPF再生のために行う強制的な排気昇温の回数を減少し、排気昇温の温度幅も著しく低くすることができるため、燃料を節約でき、DPF再生による燃費の悪化を防ぐことができる。
【0025】
この構成により、触媒付きDPFの上流側に酸化触媒を設けて触媒付きDPFの直前に炭化水素添加手段を設ける場合では、所定の温度をバランスポイント温度とすることにより、供給した炭化水素が捕集されたPMの酸化燃焼に寄与できる場合のみに、炭化水素が供給されるので、無駄な炭化水素の供給を回避できる。
【0028】
また、上記の排気ガス浄化方法において、前記炭化水素添加手段が、前記触媒付きDPFの上流側に設けた炭化水素添加装置から排気通路内への噴射により排気ガス中に炭化水素を添加する手段で構成される。これにより、容易に触媒付きDPFの上流側に炭化水素を供給できる。
【0029】
この炭化水素添加装置から排気通路内へ噴射をする手段では、エンジンに供給する燃料を使用してもよく、別置きタンクで炭化水素を用意してもよい。
【0030】
また、排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気管に酸化触媒又は酸化触媒とPM酸化触媒を担持させた触媒付きDPFを備えると共に、該触媒付きDPFに供給する炭化水素量を制御する炭化水素添加制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、排気温度が炭化水素酸化燃焼温度以上である場合は超温時間の積算値を追加し、炭化水素酸化燃焼温度より小さい温度である場合には超温時間の積算値を維持する第1工程と、該第1工程による超温時間の積算値が所定の時間以上になると、排気温度が、PMが燃焼除去される下限値であるバランスポイント温度以下であるかを判定する第2工程と、排気温度が前記バランスポイント温度以下のときに、前記触媒付きDPFの上流側の排気ガス中に炭化水素を添加し、炭化水素の低温酸化反応を利用して前記触媒付きDPFに捕集されたPMを燃焼除去する第3工程を行う制御を行うように構成される。
【0031】
この排気ガス浄化システムによれば、排気ガス中に添加された炭化水素が触媒付きDPFの触媒近傍に吸着し、低温域から触媒と反応するので、その反応熱を着火源にして、触媒付きDPFに捕集されたPMを低温域から燃焼させて除去することができるようになるので、DPF再生による燃費の悪化を防ぐことができる。
【0032】
なお、この所定の温度としては、バランスポイント温度があり、また、この触媒付きDPFとしては、連続再生型DPFで使用され、酸化触媒を担持したDPF、酸化触媒とPM酸化触媒を担持したDPF等があり、この触媒付きDPFの上流側に酸化触媒(前段酸化触媒)を設ける。
【0033】
【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方法及び排気ガス浄化システムについて、酸化触媒(DOC)と触媒付きフィルタ(CSF)の組合せで構成される連続再生型DPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)を備えた排気ガス浄化システムを例にして、図面を参照しながら説明する。
【0034】
図1に、参考となる形態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に連続再生型DPF3が設けられている。この連続再生型DPF3は、上流側に酸化触媒3Aaを下流側に触媒付きフィルタ3Abを有して構成される。
【0035】
この酸化触媒3Aaは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金(Pt)等の酸化触媒を担持させて形成され、触媒付きフィルタ3Abは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネル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。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。この触媒付きフィルタ3Abでは、排気ガスG中のPM(微粒子状物質)は多孔質のセラミックの壁で捕集(トラップ)される。
【0036】
図4に、この触媒付きフィルタ3Abの外形を示し、図5に、目封じの様子が分かる入口部分の拡大図を示し、図6にフィルタの壁断面の詳細構造を示す。図6に示すように、アルミナ等の触媒担体30の壁面に白金等の酸化触媒32Aやメタル酸化物等のPM酸化触媒32Bを担持したコート層31が設けられ、これらの酸化触媒32AやPM酸化触媒32Bは、触媒担体30の表面に高分散されて担持されている。
【0037】
そして、触媒付きフィルタ3AbのPMの堆積量を推定するために、図1に示すように、連続再生型DPF3の前後に、DPF入口排気圧力センサ51、DPF出口排気圧力センサ52やDPF入口排気温度センサ53、DPF出口排気温度センサ54がそれぞれ設けられる。
【0038】
これらのセンサの出力値は、負荷センサや回転センサ等の出力値と共に、エンジンEの運転の全般的な制御と触媒付きフィルタ3Abの再生制御を行う制御装置(電子制御ボックス:ECU:エンジンコントロールユニット)5に入力され、この制御装置5から出力される制御信号により、エンジンEのコモンレール等の電子制御式燃料噴射システム41や排気ガス浄化システム1等が制御される。
【0039】
この制御装置5には、エンジンの運転のために、PTOのスイッチのON/OFF,ニュートラルスイッチのON/OFF,車両速度,冷却水温度,エンジン回転数,負荷(アクセル開度)等の情報も入力される。
【0040】
また、参考となる別の形態では、図2に示すように、排気通路2に炭化水素添加装置である燃料噴射弁42を酸化触媒3Aaの上流側に設置する。また、本発明に係る実施の形態では、炭化水素添加装置である燃料噴射弁43を酸化触媒3Aaの下流側でかつ触媒付きフィルタ3Abの上流側に設置する。なお、これらの燃料噴射弁42,43は、エンジンEの燃料タンクの燃料を使用してもよいが、これとは別置きのタンクから炭化水素を供給するようにしてもよい。
【0041】
次に、本発明における触媒付きフィルタ3Abに捕集されたPMの燃焼除去について説明する。
【0042】
図9(a)に示すように、炭化水素(HC)Fを触媒32A,32Bの近傍に吸着させていない場合には、固体のPMが固体の触媒金属32Aに触媒反応を起こす距離まで接近することができず、酸化反応は殆ど発生しない。そのため、PM再生燃焼開始温度は触媒32A,32Bを担持していないDPFと殆ど変わらない。
【0043】
一方、図9(b)に示すように、炭化水素(HC)Fを触媒32A,32Bの近傍に吸着させた場合には、気体の炭化水素Fが低温域から触媒金属32Aと反応するので、その反応熱を着火源にしてPMの酸化を開始させることができ、PM再生燃焼開始温度を大きく低下させることができる。
【0044】
図10に炭化水素を吸着させた場合(実線)Aと炭化水素を吸着させない場合(一点鎖線)Bの、排気温度(℃)に対するPM燃焼速度(g/s)を示す模擬ガス試験結果を示す。炭化水素を吸着させた場合(実線)Aは、低温域からPM再生燃焼速度が増加しており、再生開始温度が低くなっていることが分かる。
【0045】
従って、炭化水素が燃焼しないような低い排気温度状態の時に供給して、炭化水素Fを触媒付きフィルタ3Abに吸着させておけば、排気温度Tgが炭化水素酸化燃焼温度T1より高くなった時に、PMを燃焼除去できる。また、排気温度Tgが炭化水素酸化燃焼温度T1より高い温度の時に、触媒付きフィルタ3Abに炭化水素Fを供給すればPMを燃焼除去できる。
【0046】
本発明では、この炭化水素を触媒近傍に吸着させた時にPM酸化除去の開始温度が低下することを利用して、低排気温度であっても、触媒付きフィルタ3Abに捕集されたPMを燃焼除去しながら、排気ガスを浄化することができる。
【0047】
次に、これらの排気ガス浄化システムにおける排気ガス浄化方法について、説明する。
【0048】
参考となる形態の排気ガス浄化システム1では、DPF入口排気温度Tgが酸化触媒3Aaの活性温度(酸化触媒ライトオフ緒温度:約200℃)T2よりも低いエンジンの運転条件の場合に、電子制御式燃料噴射システム41により、ポスト噴射を行って、排気通路2中の排気ガス中に炭化水素Fを供給し、触媒付きフィルタ3Ab、及び、この触媒付きフィルタ3Abに蓄積されたPMに吸着させる。
【0049】
また、参考となる別の形態では、エンジンの運転条件がDPF入口排気温度Tgが酸化触媒3Aaの活性温度T2よりも低い場合に、燃料噴射弁42から炭化水素Fを噴射して排気通路2中の排気ガス中に炭化水素Fを供給し、触媒付きフィルタ3Abの上流側に配置した酸化触媒3Aaを通過させてから、触媒付きフィルタ3Ab及びこの触媒付きフィルタ3Abに蓄積されたPMに吸着させる。
【0050】
この参考となる形態では、DPF入口排気温度Tgが酸化触媒3Aaの活性温度T2よりも高い場合には、排気ガス中に供給した炭化水素Fが酸化触媒3Aaによって酸化されてしまい、触媒付きフィルタ3Abに供給されないので、これを避けるために、DPF入口排気温度Tgが酸化触媒3Aaの活性温度T2よりも低い場合に炭化水素Fを供給する。
【0051】
そして、本発明に係る実施の形態では、エンジンの運転条件がDPF入口排気温度Tgがバランスポイント温度(約350℃)T3よりも低い場合に、燃料噴射弁43から炭化水素Fを噴射して排気通路2中に炭化水素Fを供給し、触媒付きフィルタ3Abの上流側に配置した酸化触媒3Aaを通過させずに、触媒付きフィルタ3Ab及びこの触媒付きフィルタ3Abに蓄積されたPMに吸着させる。
【0052】
この本発明に係る実施の形態の場合では、炭化水素添加装置43が酸化触媒3Aaの下流に配置されているので、酸化触媒3Aaで消費される恐れがない。しかし、バランスポイント温度T3以上の場合には、PMは、炭化水素Fを燃焼補助に使用しなくても酸化して燃焼除去されるので、炭化水素Fを供給しない。
【0054】
次に、これらの炭化水素の供給方法に関して、より詳細に説明する。
【0055】
参考となる形態の炭化水素供給の制御フローを図7に示す。このHC供給制御が、エンジンのスタートと共にスタートすると、ステップS11で、通常運転を所定の時間(再生開始の判定を行う時間間隔に関係する時間)ΔTaの間行い、この通常運転において、ステップS12で排気温度Tgが炭化水素酸化燃焼温度(HC酸化燃焼温度:約200℃)T1より小さいか否かを判定し、炭化水素酸化燃焼温度T1以上であれば、ステップS13で超温時間taをカウントし、小さければ超温時間taをカウントしない。
【0056】
そして、次のステップS14で、カウントしている超温時間taが所定の時間t1を経過したか否かをチェックし、経過していなければステップS11に戻り、経過するまで、ステップS11〜ステップS14を繰り返す。
【0057】
これは、排気温度Tgが炭化水素酸化燃焼温度T1以上の時間taが所定の時間t1以上になると、PMに付着していたHCが炭化してdry Sootになってしまい低温度で酸化しなくなるため、PMに新たな炭化水素Fを付着させる必要が生じるためである。なお、この所定の時間t1は実験によって予め求めておく。
【0058】
ステップS14の判定で、超温時間taが所定の時間t1以上となった場合には、次のステップS15で排気温度Tgが酸化触媒3Aaの活性温度(約200℃)T2以下であるか否かの判定を行う。この判定で、以下で無ければ、ステップS11に戻る。即ち、排気温度Tgが酸化触媒3Aaの活性温度T2より大きいと酸化触媒3Aaで供給した炭化水素Fが酸化されてしまうからである
このステップS15の排気温度Tgの判定で、排気温度Tgが酸化触媒3Aaの活性温度T2以下である場合には、ステップS16に行き、添加設定時間t2を算出して設定する。この添加設定時間t2の設定は、所定の炭化水素添加量を排気管2内に供給するための制御を、時間当たりの噴射量が一定であるとして添加時間tcで制御するために行われる。また、ステップS16では、超温時間taをリセットする(ta=0)。
【0059】
この添加時間tcは、エンジンの回転数と負荷により、エンジンから排出される炭化水素量が変化するため、エンジン回転数と負荷を変数とするマップデータにから算出する。つまり、低負荷では、一般的に炭化水素濃度が高くなるので添加設定時間t2は短くなり、高負荷では、一般的に炭化水素濃度が低くなるので添加設定時間t2は長くなる。
【0060】
次のステップS17で排気温度Tgが酸化触媒3Aaの活性温度T2以下であるか否かの判定を行う。この判定で、以下で無ければ、以下になるまで、ステップS19の炭化水素Fを添加しない運転を行ってステップS17に戻り、このステップS17の判定で、以下であれば、ステップS18で、排気管2内に炭化水素Fを添加する運転を行うと共に、添加時間tcをカウントする。
【0061】
そして、ステップS20で、この添加時間tcが添加設定時間t2を超えたか否かを判定し、超えていなければステップS17に行き、超えるまでステップS17〜ステップS20を繰り返す。また、ステップS20で、この添加時間tcが添加設定時間t2を超えていれば、ステップS21で、添加時間tcのリセット(tc=0)等の添加の終了作業を行って、ステップS11に戻る。
【0062】
以上の図7の制御フローに従う制御により、ステップS11〜ステップS14,ステップS11〜ステップS15,ステップS11〜ステップS21のいずれかの経路を通って、ステップS11に戻り、エンジンキーOFFによるステップS22の割り込みが発生するまで、これらを繰り返す。そして、割り込みの発生により、ステップS23で割り込み発生時の状態の記憶等の終了作業を行い、この制御フローを終了する。
【0063】
また、本発明に係る実施の形態の炭化水素供給の制御フローを図8に示す。この図8の制御フローは、図7の制御フローのステップS15、ステップS17の排気温度の判定における判定値T2を、酸化触媒3Aaの活性温度T2からバランスポイント温度(約350℃)T3に変更したものである。
【0064】
そして、参考となる形態の場合には、排気温度Tgが酸化触媒3Aaの活性温度T2以下の時に、炭化水素Fを触媒付きフィルタ3Abに供給して吸着させておくことにより、排気温度Tgが炭化水素酸化燃焼温度T1に到達した時に、炭化水素Fが酸化触媒32Aの触媒作用によって酸化を開始して、この反応熱によりPMも酸化触媒32AやPM酸化触媒32Bの触媒作用により酸化するので、燃焼除去できる。
【0065】
なお、排気温度Tgが、酸化触媒3Aaの活性温度T2以下で、かつ、炭化水素酸化燃焼温度T1以上の時は、炭化水素Fを触媒付きフィルタ3Abに供給することにより、炭化水素Fが触媒付きフィルタ3Abの酸化触媒32Aによって酸化するので、この反応熱によりPMも触媒作用により酸化し、燃焼除去される。
【0066】
また、本発明に係る実施の形態の場合には、排気温度Tgがバランスポイント温度T3以下の時に、炭化水素Fを触媒付きフィルタ3Abに供給することにより、炭化水素Fが触媒付きフィルタ3Abの酸化触媒32Aによって酸化を開始して、この反応熱によりPMも触媒作用により酸化するので、燃焼除去できる。
【0067】
なお、図7及び図8の制御フローは、炭化水素の供給制御であり、この制御は、触媒付きフィルタ3Abに捕集されたPMの燃焼開始温度を低下させるための制御であり、従来のDPFの再生制御と並行して行われるものとして示してある。
【0068】
従って、これらの制御では、図7又は図8の制御フローに従って、炭化水素が供給されると共に、これらの制御フローとは別のDPFの再生制御フローに従って、DPFにPMが蓄積されたPM量が所定の値以上になったことをDPF前後差圧や算出されたPM蓄積量等で検出した場合には、ポスト噴射や多段噴射や吸気絞りやEGR制御等による強制的な排気昇温制御を行い、DPFの再生を行う。
【0069】
本発明では、炭化水素を触媒付きフィルタに供給することにより、DPFに捕集されたPMを低い排気温度でも燃焼除去できるので、この強制的な排気昇温制御の回数及びその時の昇温幅が少なくなり、DPF再生に伴う燃費の悪化を抑制できる。
【0070】
【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方法及び排気ガス浄化システムによれば、気体吸着の炭化水素は触媒活性が非常に大きく、低温域(例えば、約200℃程度)から触媒と反応することを利用して、炭化水素を排気ガス中に添加して触媒付きDPFの触媒近傍に吸着させることにより、低排気温度で燃焼を開始する炭化水素の反応熱を着火源にして、触媒付きDPFに捕集されたPMを燃焼させて除去することができる。
【0071】
従って、DPF再生のためのPMの燃焼開始の排気温度を下げることができ、低排気温度からPMの再生燃焼が可能となり、低い排気温度でもPMが燃焼除去されるので、PM蓄積による排気ガス圧力上昇を回避でき、また、DPF再生制御のインターバルが延びてDPF再生のために行う強制的な排気昇温制御の回数が減少し、更に、この排気昇温制御における昇温幅も著しく小さくすることができるため、燃費の低減を図ることができる。
【0072】
そして、酸化触媒を経由せずに、炭化水素を直接触媒付きDPFに供給する場合は、排気温度がバランスポイント温度以上の時には供給せずに、供給した炭化水素が捕集されたPMの酸化燃焼に寄与できる場合のみに、炭化水素を供給することにより、無駄な炭化水素の供給を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】参考となる形態の排気ガス浄化システムの構成図である。
【図2】参考となる別の形態の排気ガス浄化システムの炭化水素供給装置の配置を示す図である。
【図3】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの炭化水素供給装置の配置を示す図である。
【図4】モノリスハニカム型ウオールフロータイプの触媒付きフィルタの外形を示す図である。
【図5】図4の入口部分の拡大図である。
【図6】触媒付きフィルタの壁断面を示す図である。
【図7】参考となる形態における炭化水素の供給の制御フローの一例を示す図である。
【図8】本発明に係る実施の形態における炭化水素の供給の制御フローの一例を示す図である。
【図9】本発明における炭化水素吸着によるPMの燃焼除去温度低下の説明図であり、(a)は、炭化水素を吸着しない場合の壁表面の状態を模式的に示す図であり、(b)は、炭化水素を吸着した場合の壁表面の状態を模式的に示す図である。
【図10】炭化水素を供給した場合と供給しない場合のPM燃焼速度と排気温度との関係を示す図である。
【図11】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12】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13】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
3 連続再生型DPF
3Aa 酸化触媒
3Ab 触媒付きフィルタ
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
Tg 排気温度
T1 炭化水素酸化燃焼温度
T2 酸化触媒の活性温度(所定の温度)
T3 バランスポイント温度(所定の温度)
[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]
The amount of particulate matter (PM: particulate matter: hereinafter referred to as PM) emitted from diesel engines, together with nitrogen oxide (hereinafter referred to as NOx), carbon monoxide (hereinafter referred to as CO), hydrocarbon (HC), etc. Regulations have been strengthened year by year, and with the strengthening regulations, it has become impossible to respond only by improving the engine. 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 ceramic or 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 filter collects PM, the exhaust pressure (exhaust gas 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 regeneration method, including an electric heater heating type, a burner heating type, and a backwash type.
[0005]
However, when these regeneration methods are used, PM is burned by receiving energy supply from the outside, which leads to deterioration of fuel consumption, and control during regeneration is difficult, and PM collection, PM combustion (DPF) There is a problem that the system becomes large and complicated, such as requiring a two-system DPF system that alternately performs (regeneration).
[0006]
In order to solve this problem, a technique has been proposed in which a catalyst is used to lower the oxidation temperature of PM, and the DPF is regenerated by oxidizing the PM with exhaust heat from the engine without receiving energy from the outside. In this case, since DPF regeneration is basically continuous, it is called a continuous regeneration type DPF system. However, these systems become a simpler one-system DPF system, and regeneration control is also simplified. There is an advantage that
[0007]
NO shown as an example in FIG.2Regenerative DPF system 1X is NO2This system oxidizes PM with (nitrogen dioxide) to regenerate DPF. An oxidation catalyst 3Aa is disposed upstream of a normal wall flow filter 3Ab to oxidize NO (nitrogen monoxide) in the exhaust gas. Therefore, most of the NOx in the exhaust gas downstream of the oxidation catalyst 3Aa is NO.2become. This NO2Then, the PM collected by the downstream filter 3Ab is oxidized to produce CO.2(Carbon dioxide) and PM is removed. This NO2Is O2Since the energy barrier is smaller, the PM oxidation temperature (DPF regeneration temperature) is lowered, so that PM combustion is continuously generated by the thermal energy in the exhaust gas without supplying energy from the outside.
[0008]
In FIG. 11, 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.
[0009]
Further, FIG. 12 shows NO in FIG.2An improved system 1Y of a regenerative DPF system is shown. In this improved system 1Y, the porous catalyst coat layer 31 of the oxidation catalyst 32A is applied to the porous wall surface 30 of the wall flow filter 3B to oxidize NO and generate NO.2PM is oxidized on the wall surface of the wall flow filter 3B to simplify the system.
[0010]
Then, in FIG. 13, a porous catalyst coat layer 31 of an oxidation catalyst 32A and a PM oxidation catalyst 32B such as an oxide is applied to the porous wall surface 30 of the wall flow filter 3C, and the PM accumulated in the filter 3C is reduced at a low temperature. 1 shows a system 1Z that burns and continuously regenerates.
[0011]
These DPF systems with a catalyst are composed of a catalyst and NO.2This is a system that realizes continuous regeneration of PM by lowering the PM oxidation start exhaust temperature than the normal filter by the oxidation reaction of PM.
[0012]
However, even if the PM oxidation start exhaust temperature is lowered, an exhaust temperature of about 350 ° C. is still necessary, so the exhaust temperature is low under idling and low-load engine operating conditions, so PM oxidation and DPF self-regeneration Does not occur.
[0013]
Therefore, if engine operating conditions with low exhaust temperature such as idling or low load continue, PM will not be oxidized even if PM accumulates, resulting in increased exhaust pressure, worse fuel consumption, and engine stop Troubles such as this may occur.
[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 to perform DPF regeneration control.
[0015]
In this DPF regeneration control, even under engine operating conditions such as idle and low load, an electronically controlled fuel injection system such as a common rail is used to increase the exhaust temperature by delaying injection timing, multistage injection, etc. Then, the exhaust temperature is increased by combustion of fuel supplied by post injection or in-pipe injection to the oxidation catalyst in the front stage of the DPF, and the collected PM is burned and removed to regenerate the DPF. ing.
[0016]
For example, in an exhaust gas purifying apparatus for an engine having an upstream oxidation catalyst, a downstream DPF, and an electronically controlled accumulator, when the pressure sensor detects that the amount of collected PM exceeds a predetermined amount, the cylinder Immediately before the exhaust valve of the (cylinder) is closed, control is performed to inject fuel into the cylinder, and the injected unburned fuel is oxidized and burned by the upstream oxidation catalyst, and the exhaust gas temperature is raised to a high temperature. It is proposed to regenerate the DPF by incinerating PM collected in the downstream DPF with the exhaust gas (see Patent Document 1).
[0017]
[Patent Document 1]
JP 08-42326 A (page 2)
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, since an exhaust temperature of about 350 ° C. is necessary for regeneration of the DPF, the temperature rise range of the exhaust gas becomes large under idling and low-load engine operating conditions, and a large amount of exhaust gas is heated to a high temperature. Therefore, there is a problem that the fuel consumption is greatly deteriorated.
[0019]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to perform carbonization by, for example, post-injection of a main injection device or injection from a hydrocarbon addition device installed in an exhaust pipe in a continuous regeneration type DPF. Provided is an exhaust gas purification method and an exhaust gas purification system capable of performing PM regeneration combustion even at a low exhaust temperature by utilizing hydrogen at a low temperature oxidation reaction by a catalyst of a hydrocarbon by supplying hydrogen to a DPF with a catalyst. There is.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
  An exhaust gas purification method for achieving the above object is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine.Oxidation catalyst or oxidation catalyst and PM oxidation catalyst supportedA method of burning and removing PM collected in a DPF with a catalyst,A first step of adding an integrated value of the superheat time when the exhaust temperature is equal to or higher than the hydrocarbon oxidation combustion temperature, and maintaining an integrated value of the superheat time when the exhaust temperature is lower than the hydrocarbon oxidation combustion temperature; A second step of determining whether the exhaust temperature is equal to or lower than a balance point temperature, which is a lower limit value at which PM is burned and removed, when the integrated value of the superheat time in the first step is equal to or greater than a predetermined time; Is below the balance point temperature, hydrocarbons are added to the exhaust gas upstream of the DPF with catalyst, and the PM collected in the DPF with catalyst is burned using a low temperature oxidation reaction of hydrocarbons Perform the third step to removeIt is characterized by that.
[0021]
This hydrocarbon is a fuel used for an internal combustion engine or the like, and is a general hydrocarbon such as gasoline, light oil, kerosene, A heavy oil or the like.
[0022]
According to this exhaust gas purification method, hydrocarbons added to the exhaust gas are adsorbed in the vicinity of the catalyst of the catalyst-attached DPF, and this gas-adsorbed hydrocarbon has a very large catalytic activity and is in a low temperature range (for example, about 200 Since it reacts with the catalyst from about (° C.), the PM collected in the DPF with catalyst can be burned and removed from the low temperature region using the reaction heat as an ignition source.
[0023]
Therefore, the combustion start temperature for PM regeneration can be lowered, PM can be burned and removed even at a low exhaust temperature, the number of forced exhaust temperature increases performed for DPF regeneration is reduced, and the exhaust temperature increase Since the temperature range can be remarkably lowered, fuel can be saved and fuel consumption deterioration due to DPF regeneration can be prevented.
[0025]
  With this configuration, on the upstream side of the DPF with catalystProvide an oxidation catalystProvide hydrocarbon addition means just before the DPF with catalystIn caseBy setting the predetermined temperature as the balance point temperature, the hydrocarbons are supplied only when the supplied hydrocarbons can contribute to the oxidative combustion of the collected PM. Therefore, it is possible to avoid supplying unnecessary hydrocarbons.
[0028]
  In the above exhaust gas purification method,The hydrocarbon addition means includes the catalyst-attached DPF.It comprises means for adding hydrocarbons into the exhaust gas by injection into the exhaust passage from a hydrocarbon addition device provided on the upstream side. Thereby, hydrocarbons can be easily supplied to the upstream side of the DPF with catalyst.
[0029]
  thisIn the means for injecting into the exhaust passage from the hydrocarbon addition device, the fuel supplied to the engine may be used, or the hydrocarbon may be prepared in a separate tank.
[0030]
  An exhaust gas purification system is also provided in the exhaust pipe of an internal combustion engine.An exhaust gas purification system comprising an oxidation catalyst or a DPF with a catalyst carrying an oxidation catalyst and a PM oxidation catalyst, and comprising a hydrocarbon addition control means for controlling the amount of hydrocarbons supplied to the DPF with a catalyst. When the temperature is higher than the hydrocarbon oxidation combustion temperature, an integrated value of the super warm time is added, and when the temperature is lower than the hydrocarbon oxidation combustion temperature, a first step of maintaining the integrated value of the super warm time; A second step of determining whether the exhaust temperature is equal to or lower than a balance point temperature, which is a lower limit value at which PM is burned and removed, when the integrated value of the superheat time in the process reaches a predetermined time or more; When the hydrocarbon is added to the exhaust gas upstream of the DPF with catalyst when the temperature is lower than the point temperature, the PM collected in the DPF with catalyst using the low-temperature oxidation reaction of hydrocarbons Performing a third step of burning and removingIt is configured to perform control.
[0031]
According to this exhaust gas purification system, the hydrocarbon added to the exhaust gas is adsorbed in the vicinity of the catalyst of the DPF with catalyst and reacts with the catalyst from a low temperature range. Since PM collected in the DPF can be burned and removed from the low temperature region, fuel consumption deterioration due to DPF regeneration can be prevented.
[0032]
  In addition, as this predetermined temperature,There is a balance point temperature,Further, as the DPF with a catalyst, there are a DPF which is used in a continuous regeneration type DPF, and which supports an oxidation catalyst, a DPF which supports an oxidation catalyst and a PM oxidation catalyst, and the like. Oxidation catalyst)Provide.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, regarding an exhaust gas purification method and an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention, a continuous regeneration type DPF (diesel particulate filter) composed of a combination of an oxidation catalyst (DOC) and a filter with catalyst (CSF) is provided. The exhaust gas purification system provided will be described as an example with reference to the drawings.
[0034]
  In FIG.Of reference form1 shows a configuration of an exhaust gas purification system 1. In this exhaust gas purification system 1, a continuous regeneration type DPF 3 is provided in an exhaust passage (exhaust pipe) 2 connected to an exhaust manifold of a diesel engine E. The continuous regeneration type DPF 3 includes an oxidation catalyst 3Aa on the upstream side and a filter with a catalyst 3Ab on the downstream side.
[0035]
The oxidation catalyst 3Aa is formed by supporting an oxidation catalyst such as platinum (Pt) on a carrier such as a porous ceramic honeycomb structure, and the catalyst-attached filter 3Ab is formed at the inlet of the channel of the porous ceramic honeycomb. And a monolith honeycomb wall flow type filter in which the outlets are alternately sealed. A catalyst such as platinum or cerium oxide is supported on the filter. In this filter with catalyst 3Ab, PM (particulate matter) in the exhaust gas G is collected (trapped) by a porous ceramic wall.
[0036]
FIG. 4 shows the external shape of the filter with catalyst 3Ab, FIG. 5 shows an enlarged view of the inlet portion where the state of sealing can be seen, and FIG. 6 shows the detailed structure of the wall cross section of the filter. As shown in FIG. 6, a coat layer 31 carrying an oxidation catalyst 32A such as platinum or a PM oxidation catalyst 32B such as a metal oxide is provided on the wall surface of a catalyst carrier 30 such as alumina, and these oxidation catalyst 32A and PM oxidation are provided. The catalyst 32B is highly dispersed and supported on the surface of the catalyst carrier 30.
[0037]
In order to estimate the amount of PM deposited on the filter with catalyst 3Ab, as shown in FIG. 1, the DPF inlet exhaust pressure sensor 51, the DPF outlet exhaust pressure sensor 52, and the DPF inlet exhaust temperature are placed before and after the continuous regeneration type DPF 3. A sensor 53 and a DPF outlet exhaust temperature sensor 54 are provided.
[0038]
The output values of these sensors, together with the output values of load sensors, rotation sensors, etc., are control devices (electronic control box: ECU: engine control unit) that perform general control of the operation of the engine E and regeneration control of the filter 3Ab with catalyst. ) 5 and the control signal output from the control device 5 controls the electronically controlled fuel injection system 41 such as the common rail of the engine E, the exhaust gas purification system 1 and the like.
[0039]
This control device 5 also has information such as ON / OFF of the PTO switch, ON / OFF of the neutral switch, vehicle speed, coolant temperature, engine speed, load (accelerator opening), etc. for engine operation. Entered.
[0040]
  Also,Another helpfulIn the embodiment, as shown in FIG. 2, a fuel injection valve 42, which is a hydrocarbon addition device, is installed in the exhaust passage 2 upstream of the oxidation catalyst 3Aa. Also,According to the present inventionIn the embodiment, the fuel injection valve 43 which is a hydrocarbon addition device is installed on the downstream side of the oxidation catalyst 3Aa and on the upstream side of the filter with catalyst 3Ab. The fuel injection valves 42 and 43 may use the fuel in the fuel tank of the engine E, but may supply hydrocarbons from a separate tank.
[0041]
Next, combustion removal of PM collected by the filter with catalyst 3Ab in the present invention will be described.
[0042]
As shown in FIG. 9 (a), when hydrocarbon (HC) F is not adsorbed in the vicinity of the catalysts 32A and 32B, the solid PM approaches a distance that causes a catalytic reaction with the solid catalytic metal 32A. And oxidation reaction hardly occurs. Therefore, the PM regeneration combustion start temperature is almost the same as the DPF that does not carry the catalysts 32A and 32B.
[0043]
On the other hand, as shown in FIG. 9B, when hydrocarbon (HC) F is adsorbed in the vicinity of the catalysts 32A and 32B, the gaseous hydrocarbon F reacts with the catalyst metal 32A from the low temperature range. The oxidation of PM can be started using the reaction heat as an ignition source, and the PM regeneration combustion start temperature can be greatly reduced.
[0044]
FIG. 10 shows the simulated gas test results showing the PM combustion rate (g / s) with respect to the exhaust temperature (° C.) when hydrocarbons are adsorbed (solid line) A and when hydrocarbons are not adsorbed (dashed line). . In the case of adsorbing hydrocarbons (solid line) A, it can be seen that the PM regeneration combustion rate increases from the low temperature range, and the regeneration start temperature is lowered.
[0045]
Therefore, if the exhaust gas is supplied in a low exhaust temperature state where hydrocarbons do not burn, and the hydrocarbon F is adsorbed to the filter with catalyst 3Ab, when the exhaust temperature Tg becomes higher than the hydrocarbon oxidation combustion temperature T1, PM can be removed by combustion. Further, when the exhaust gas temperature Tg is higher than the hydrocarbon oxidation combustion temperature T1, PM can be burned and removed by supplying hydrocarbon F to the filter with catalyst 3Ab.
[0046]
In the present invention, by utilizing the fact that the start temperature of PM oxidation removal decreases when this hydrocarbon is adsorbed in the vicinity of the catalyst, the PM trapped in the filter with catalyst 3Ab is burned even at a low exhaust temperature. While removing, the exhaust gas can be purified.
[0047]
Next, an exhaust gas purification method in these exhaust gas purification systems will be described.
[0048]
  Be helpfulIn the exhaust gas purification system 1 of the present embodiment, the electronically controlled fuel injection is performed when the DPF inlet exhaust temperature Tg is lower than the activation temperature of the oxidation catalyst 3Aa (oxidation catalyst light-off temperature: about 200 ° C.) T2. The system 41 performs post-injection to supply hydrocarbon F into the exhaust gas in the exhaust passage 2 and adsorb it to the filter with catalyst 3Ab and the PM accumulated in the filter with catalyst 3Ab.
[0049]
  Also,Another helpfulIn the embodiment, when the engine operating condition is that the DPF inlet exhaust temperature Tg is lower than the activation temperature T2 of the oxidation catalyst 3Aa, the hydrocarbon F is injected from the fuel injection valve 42, and the hydrocarbon is discharged into the exhaust gas in the exhaust passage 2. Supply F with catalystfilterAfter passing the oxidation catalyst 3Aa arranged on the upstream side of 3Ab, it is adsorbed by the filter 3Ab with catalyst and the PM accumulated in the filter 3Ab with catalyst.
[0050]
  In this reference form,When the DPF inlet exhaust temperature Tg is higher than the activation temperature T2 of the oxidation catalyst 3Aa, the hydrocarbon F supplied in the exhaust gas is oxidized by the oxidation catalyst 3Aa and is not supplied to the catalyst-equipped filter 3Ab. In order to avoid this, hydrocarbon F is supplied when the DPF inlet exhaust temperature Tg is lower than the activation temperature T2 of the oxidation catalyst 3Aa.
[0051]
  AndAccording to the present inventionIn the embodiment, when the engine operating condition is that the DPF inlet exhaust temperature Tg is lower than the balance point temperature (about 350 ° C.) T3, the hydrocarbon F is injected from the fuel injection valve 43 to enter the hydrocarbon into the exhaust passage 2. Supply F with catalystfilterWithout passing through the oxidation catalyst 3Aa disposed upstream of the 3Ab, the catalyst-attached filter 3Ab and the PM accumulated in the catalyst-attached filter 3Ab are adsorbed.
[0052]
  thisAccording to the present inventionIn the case of the embodiment, since the hydrocarbon addition device 43 is disposed downstream of the oxidation catalyst 3Aa, there is no fear of being consumed by the oxidation catalyst 3Aa. However, when the balance point temperature is equal to or higher than T3, the PM is oxidized and burned away without using the hydrocarbon F as a combustion aid, so the hydrocarbon F is not supplied.
[0054]
Next, a method for supplying these hydrocarbons will be described in more detail.
[0055]
  Be helpfulFIG. 7 shows a control flow of the hydrocarbon supply in the form. When this HC supply control starts with the start of the engine, in step S11, normal operation is performed for a predetermined time (a time related to the time interval for determining regeneration start) ΔTa, and in this normal operation, in step S12. It is determined whether or not the exhaust gas temperature Tg is lower than the hydrocarbon oxidation combustion temperature (HC oxidation combustion temperature: about 200 ° C.) T1, and if it is equal to or higher than the hydrocarbon oxidation combustion temperature T1, the super warm time ta is counted in step S13. If it is small, the super warm time ta is not counted.
[0056]
Then, in the next step S14, it is checked whether or not the counted superheat time ta has passed the predetermined time t1, and if not, the process returns to step S11, and until it has elapsed, step S11 to step S14. repeat.
[0057]
This is because, when the time ta when the exhaust gas temperature Tg is equal to or higher than the hydrocarbon oxidation combustion temperature T1 becomes equal to or higher than the predetermined time t1, HC adhering to the PM is carbonized and becomes dry soot and is not oxidized at a low temperature. This is because it is necessary to attach new hydrocarbon F to PM. The predetermined time t1 is obtained in advance by experiments.
[0058]
If it is determined in step S14 that the superheat time ta is equal to or longer than the predetermined time t1, whether or not the exhaust temperature Tg is equal to or lower than the activation temperature (about 200 ° C.) T2 of the oxidation catalyst 3Aa in the next step S15. Judgment is made. If it is not below in this determination, the process returns to step S11. That is, if the exhaust temperature Tg is higher than the activation temperature T2 of the oxidation catalyst 3Aa, the hydrocarbon F supplied by the oxidation catalyst 3Aa is oxidized.
If it is determined in step S15 that the exhaust gas temperature Tg is equal to or lower than the activation temperature T2 of the oxidation catalyst 3Aa, the process goes to step S16 to calculate and set the addition set time t2. The setting of the addition setting time t2 is performed in order to control the control for supplying a predetermined hydrocarbon addition amount into the exhaust pipe 2 with the addition time tc on the assumption that the injection amount per time is constant. In step S16, the super warm time ta is reset (ta = 0).
[0059]
The addition time tc is calculated from map data using the engine speed and the load as variables because the amount of hydrocarbons discharged from the engine varies depending on the engine speed and the load. That is, since the hydrocarbon concentration is generally high at a low load, the addition set time t2 is short, and at high load, the hydrocarbon concentration is generally low and the addition set time t2 is long.
[0060]
In the next step S17, it is determined whether or not the exhaust gas temperature Tg is equal to or lower than the activation temperature T2 of the oxidation catalyst 3Aa. If this determination is not below, the operation without adding the hydrocarbon F in step S19 is performed until the following is reached, and the process returns to step S17. If the determination is negative in step S17, the exhaust pipe is determined in step S18. The operation of adding hydrocarbon F in 2 is performed, and the addition time tc is counted.
[0061]
  In step S20, this addition timetcDetermines whether or not the set addition time t2 has been exceeded. If not, the process goes to step S17, and steps S17 to S20 are repeated until the set time is exceeded. If the addition time tc exceeds the set addition time t2 in step S20, the addition time is determined in step S21.tcReset (tc= 0) and the like, and the process returns to step S11.
[0062]
By the control according to the control flow of FIG. 7 described above, the process returns to step S11 through any one of steps S11 to S14, steps S11 to S15, and steps S11 to S21, and interrupts step S22 by turning off the engine key. Repeat until this occurs. Then, upon occurrence of an interrupt, an end operation such as storage of the state at the time of occurrence of the interrupt is performed in step S23, and this control flow is terminated.
[0063]
  Also,Implementation of the present inventionFIG. 8 shows a control flow of the hydrocarbon supply in the form. In the control flow of FIG. 8, the determination value T2 in the determination of the exhaust temperature in steps S15 and S17 of the control flow of FIG. 7 is changed from the activation temperature T2 of the oxidation catalyst 3Aa to the balance point temperature (about 350 ° C.) T3. Is.
[0064]
  AndBe helpfulIn the embodiment, when the exhaust temperature Tg is equal to or lower than the activation temperature T2 of the oxidation catalyst 3Aa, the hydrocarbon F is supplied to the filter 3Ab with catalyst and adsorbed, so that the exhaust temperature Tg becomes the hydrocarbon oxidation combustion temperature T1. At this time, the hydrocarbon F starts to be oxidized by the catalytic action of the oxidation catalyst 32A, and the PM is also oxidized by the catalytic action of the oxidation catalyst 32A and the PM oxidation catalyst 32B by the reaction heat, so that the combustion can be removed.
[0065]
When the exhaust temperature Tg is equal to or lower than the activation temperature T2 of the oxidation catalyst 3Aa and equal to or higher than the hydrocarbon oxidation combustion temperature T1, the hydrocarbon F is attached to the catalyst by supplying the hydrocarbon F to the catalyst-equipped filter 3Ab. Since oxidation is performed by the oxidation catalyst 32A of the filter 3Ab, PM is also oxidized by the catalytic action by this reaction heat, and is removed by combustion.
[0066]
  Also,According to the present inventionIn the case of the embodiment, when the exhaust gas temperature Tg is equal to or lower than the balance point temperature T3, the hydrocarbon F is supplied to the filter with catalyst 3Ab, whereby the hydrocarbon F starts to be oxidized by the oxidation catalyst 32A of the filter with catalyst 3Ab. Since PM is also oxidized by the catalytic action by this reaction heat, it can be removed by combustion.
[0067]
The control flow in FIGS. 7 and 8 is a hydrocarbon supply control, and this control is a control for lowering the combustion start temperature of the PM collected in the filter with catalyst 3Ab. This is shown as being performed in parallel with the reproduction control.
[0068]
Therefore, in these controls, hydrocarbons are supplied according to the control flow of FIG. 7 or FIG. 8, and the amount of PM accumulated in the DPF is determined according to the regeneration control flow of DPF different from these control flows. When it is detected by the differential pressure before and after the DPF or the calculated PM accumulation amount that it exceeds the predetermined value, forced exhaust temperature rise control is performed by post injection, multistage injection, intake throttling, EGR control, etc. , DPF regeneration is performed.
[0069]
In the present invention, the PM collected in the DPF can be burned and removed even at a low exhaust temperature by supplying hydrocarbons to the filter with catalyst. Therefore, the number of forced exhaust temperature increase controls and the temperature increase range at that time are As a result, the deterioration of fuel consumption accompanying DPF regeneration can be suppressed.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the exhaust gas purification method and the exhaust gas purification system of the present invention, the gas-adsorbed hydrocarbon has a very large catalytic activity, and the catalyst is removed from a low temperature range (for example, about 200 ° C.). Utilizing the reaction, hydrocarbon is added to the exhaust gas and adsorbed in the vicinity of the catalyst of the DPF with catalyst, and the reaction heat of the hydrocarbon that starts combustion at a low exhaust temperature is used as an ignition source. PM collected by the DPF with catalyst can be burned and removed.
[0071]
Accordingly, the exhaust temperature at the start of PM combustion for DPF regeneration can be lowered, PM regeneration combustion can be performed from a low exhaust temperature, and PM is combusted and removed even at a low exhaust temperature. The increase in temperature can be avoided, the interval of DPF regeneration control is extended, the number of forced exhaust temperature increase control performed for DPF regeneration is decreased, and the temperature increase range in this exhaust temperature increase control is significantly reduced. Therefore, fuel consumption can be reduced.
[0072]
And when supplying hydrocarbons directly to the DPF with catalyst without passing through an oxidation catalyst, when the exhaust temperature is equal to or higher than the balance point temperature, the supplied hydrocarbons are oxidized and burned without being supplied. By supplying hydrocarbons only when they can contribute to the above, it is possible to avoid unnecessary hydrocarbon supply.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]Be helpfulIt is a block diagram of the exhaust gas purification system of a form.
[Figure 2]Another helpfulIt is a figure which shows arrangement | positioning of the hydrocarbon supply apparatus of the exhaust gas purification system of a form.
[Fig. 3]According to the present inventionIt is a figure which shows arrangement | positioning of the hydrocarbon supply apparatus of the exhaust-gas purification system of embodiment.
FIG. 4 is a view showing the outer shape of a monolith honeycomb wall flow type filter with a catalyst.
FIG. 5 is an enlarged view of the inlet portion of FIG. 4;
FIG. 6 is a view showing a wall cross section of a filter with a catalyst.
[Fig. 7]Be helpfulIt is a figure which shows an example of the control flow of the supply of the hydrocarbon in a form.
[Fig. 8]According to the present inventionIt is a figure which shows an example of the control flow of the supply of the hydrocarbon in embodiment.
FIG. 9 is an explanatory view of PM combustion removal temperature decrease due to hydrocarbon adsorption in the present invention, (a) is a diagram schematically showing the state of the wall surface when hydrocarbons are not adsorbed; (A) is a figure which shows typically the state of the wall surface at the time of adsorb | sucking a hydrocarbon.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between PM combustion speed and exhaust temperature when hydrocarbons are supplied and when hydrocarbons are not supplied.
FIG. 11 is a system configuration diagram showing an example of a conventional exhaust gas purification system.
FIG. 12 is a system configuration diagram showing another example of a conventional exhaust gas purification system.
FIG. 13 is a system configuration diagram showing another example of a conventional exhaust gas purification system.
[Explanation of symbols]
    1 Exhaust gas purification system
    2 Exhaust passage
    3 Continuous regeneration type DPF
    3Aa oxidation catalyst
    Filter with 3Ab catalyst
    E Diesel engine
    G exhaust gas
    Gc Purified exhaust gas
    Tg Exhaust temperature
    T1 Hydrocarbon oxidation combustion temperature
    T2 oxidation catalyst activation temperature (predetermined temperature)
    T3 Balance point temperature (predetermined temperature)

Claims (2)

内燃機関の排気通路に設けた酸化触媒又は酸化触媒とPM酸化触媒を担持させた触媒付きDPFに捕集されるPMを燃焼除去する方法であって、
排気温度が炭化水素酸化燃焼温度以上である場合は超温時間の積算値を追加し、炭化水素酸化燃焼温度より小さい温度である場合には超温時間の積算値を維持する第1工程と、 該第1工程による超温時間の積算値が所定の時間以上になると、排気温度が、PMが燃焼除去される下限値であるバランスポイント温度以下であるかを判定する第2工程と、
排気温度が前記バランスポイント温度以下のときに、前記触媒付きDPFの上流側の排気ガス中に炭化水素を添加し、炭化水素の低温酸化反応を利用して前記触媒付きDPFに捕集されたPMを燃焼除去する第3工程を行うことを特徴とする排気ガス浄化方法。
A method of burning and removing PM collected in an oxidation catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine or a DPF with a catalyst carrying an oxidation catalyst and a PM oxidation catalyst ,
A first step of adding an integrated value of the superheat time when the exhaust temperature is equal to or higher than the hydrocarbon oxidation combustion temperature, and maintaining an integrated value of the superheat time when the exhaust temperature is lower than the hydrocarbon oxidation combustion temperature; A second step of determining whether the exhaust temperature is equal to or lower than a balance point temperature, which is a lower limit value at which PM is burned and removed, when the integrated value of the superheat time in the first step is equal to or greater than a predetermined time;
When the exhaust gas temperature is equal to or lower than the balance point temperature, the hydrocarbons are added to the exhaust gas upstream of the catalyzed DPF, and the PM trapped in the catalyzed DPF using the low temperature oxidation reaction of hydrocarbons An exhaust gas purification method characterized by performing a third step of burning and removing the gas.
内燃機関の排気管に酸化触媒又は酸化触媒とPM酸化触媒を担持させた触媒付きDPFを備えると共に、該触媒付きDPFに供給する炭化水素量を制御する炭化水素添加制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記炭化水素添加制御手段が、
排気温度が炭化水素酸化燃焼温度以上である場合は超温時間の積算値を追加し、炭化水素酸化燃焼温度より小さい温度である場合には超温時間の積算値を維持する第1工程と、 該第1工程による超温時間の積算値が所定の時間以上になると、排気温度が、PMが燃焼除去される下限値であるバランスポイント温度以下であるかを判定する第2工程と、
排気温度が前記バランスポイント温度以下のときに、前記触媒付きDPFの上流側の排気ガス中に炭化水素を添加し、炭化水素の低温酸化反応を利用して前記触媒付きDPFに捕集されたPMを燃焼除去する第3工程を行う制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システム。
Exhaust gas purification comprising an oxidation catalyst or a DPF with a catalyst carrying an oxidation catalyst and a PM oxidation catalyst in an exhaust pipe of an internal combustion engine , and a hydrocarbon addition control means for controlling the amount of hydrocarbons supplied to the DPF with a catalyst In the system,
The hydrocarbon addition control means is
A first step of adding an integrated value of the superheat time when the exhaust temperature is equal to or higher than the hydrocarbon oxidation combustion temperature, and maintaining an integrated value of the superheat time when the exhaust temperature is lower than the hydrocarbon oxidation combustion temperature; A second step of determining whether the exhaust temperature is equal to or lower than a balance point temperature that is a lower limit value at which PM is burned and removed when the integrated value of the superheat time in the first step is equal to or greater than a predetermined time;
When the exhaust gas temperature is equal to or lower than the balance point temperature, the hydrocarbons are added to the exhaust gas upstream of the catalyzed DPF, and the PM trapped in the catalyzed DPF using the low temperature oxidation reaction of hydrocarbons An exhaust gas purification system that performs control to perform a third step of burning and removing gas.
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