JPWO2013005337A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
内燃機関の排気系にDPFを配置した、内燃機関の排気浄化装置において、DPFへのアッシュの堆積を抑制し、長期にわたって圧損の増加や、PM再生温度の増加、また、燃費の低下を抑制することができる、内燃機関の排気浄化装置を提供する。DPFの表面上に、酸強度がSO3の酸強度よりも大きくSO4の酸強度よりも小さい固体酸をコーティングし、更に、内燃機関の排気系の、DPFの上流に、SOx吸放出触媒装置を備え、DPFの温度を上昇させる制御と、DPF内の雰囲気の空燃比の制御と、DPFの温度を上昇させる制御の間、DPFを通過する排気の流量が所定値を超えた場合に、SOx吸放出触媒装置からSO4を放出する制御と、を行う。
Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
内燃機関の排気ガス中の粒子状物質(以下「PM」という)の粒子数を低減するためには、内燃機関の排気ガス通路にディーゼルパティキュレートフィルタ(以下「DPF」という)を設置して、排気中のPMを捕集、除去することが一般に行われている。
この場合、DPF内に捕集されたPMは次第に堆積していくので、定期的に或いはDPFの性能低下を検知して、DPF内に捕集されたPMを燃焼除去する再生(以下「PM再生」という)運転を行う。
PM再生運転は、通常、DPFに還元剤、例えばハイドロカーボン(HC)等、を供給しつつ、DPFを加熱することによって行われる。
DPFによって排気中のPMを捕集し、DPF内に捕集されたPMを燃焼除去するPM再生運転を行う構成に対しては、その性能向上やコスト低減のため、従来から様々な改良が提案されている。
しかし、従来のDPFにおいては、DPFの使用を継続していると、PM再生運転を行っても、次第にDPFの圧力損失が増加し、また、PM再生温度を次第に増加させなければ十分な再生が行われなくなる、という問題があり、燃費が悪化する。この問題は、DPF内部にアッシュが堆積することが原因である。
アッシュは、エンジンのシリンダー内部に混入したエンジンオイルが燃焼することにより生成し、生成したアッシュ粒子は、DPF内でPMに覆われる。PMに覆われたアッシュ粒子は、DPF内でPM再生運転時の高温条件に晒され、アッシュ粒子を覆っていたPMが燃焼除去される。アッシュの堆積は、このPMが燃焼除去されたアッシュ粒子に、更に熱が加わることによって、アッシュ粒子が凝集し、大粒径化するために発生するものである。
しかし、このようなアッシュの堆積に対しては、今まで有効な解決手段がなく、DPFにアッシュが堆積することによる影響を極力小さくするために、例えば、あらかじめ大容量のDPFを設置しておくという対策がとられていた。
すなわち、従来のDPFに対する改良や、DPFの再生運転に対する改良は、DPFの捕集効率の改善や、PM再生運転の性能向上を目的とするものであり、アッシュの堆積に対するものではない。PM再生運転の性能向上を目的とするものとしては、例えば特許文献1に示された発明があり、特許文献1には、比較的低温でPMを燃焼させることができるDPFの構成が示されている。
特許文献1に示されたDPFの構成は、DPF及びこれを用いた排ガス浄化方法において、DPFに活性金属を担持した固体超強酸からなる触媒を、フィルタ表面に保持することを特徴とするものである。
すなわち、特許文献1の発明は、活性金属を担持した固体超強酸により、PMの燃焼温度を低下させ、従来よりも低温でDPFを、できれば連続的に再生すると共に、CO、HC、NO、NO2をも同時に除去することができるというものである。
したがって、特許文献1の発明は、PM再生運転の性能向上を目的としたものであり、アッシュの堆積に対応するものではなく、DPFの使用を継続していると、PM再生運転を行っても、次第にDPFの圧力損失が増加し、また、PM再生温度を次第に増加させなければ十分な再生が行われなくなり、燃費が悪化する、という問題を解決するものではない。
また、特許文献1の発明に類似する触媒構成を開示したものとして、特許文献2の発明があるが、特許文献2には、ディーゼルエンジン排ガス浄化装置用触媒として、白金、パラジウム及びロジウムから選ばれる少なくとも1種の貴金属と、固体の超強酸とを有する触媒を利用すると、ディーゼルエンジン排ガス中の微粒子物質に含まれるSOF(Soluble Organic Fraction)や未燃焼炭化水素などを低温域から浄化することができ、高温域においても二酸化硫黄の酸化抑制効果を示すと記載されており、特許文献2の発明は、特許文献1の発明と類似する効果を狙ったものであり、また、DPFに関するものではない。したがって、DPFへのアッシュの堆積に対応するものではなく、DPFの使用を継続していると、PM再生運転を行っても、次第にDPFの圧力損失が増加し、また、PM再生温度を次第に増加させなければ十分な再生が行われなくなり、燃費が悪化する、という問題を解決するものではない。
本発明は、DPFへのアッシュの堆積を抑制し、長期にわたって圧損の増加や、PM再生温度の増加、また、燃費の低下を抑制することができる、内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
すなわち、本発明は、DPFに堆積したアッシュを細粒径化して排出し、DPFを再生(以下「アッシュ再生」という)する構成を提供し、また、細粒径化されたCaSO4が滞留せずに放出され、アッシュ再生運転が、効果的に進行し、アッシュが高い放出率で除去されるので、長期にわたって圧損の増加や、PM再生温度の増加、また、燃費の低下を抑制することができる、という有利な効果を奏する、画期的なDPFを提供するものである。
本発明によれば、堆積したアッシュを細粒径化させて排出することができるので、更に付随する効果として、DPFの設置当初から従来よりも小型のDPFを使用することができ、DPFの製造コストの低減のみならず、PM再生運転のエネルギーコストを低減することもできる。また、小型のDPFを使用することができるということは、DPFの車両への搭載スペースを低減することができ、当該DPFを搭載した車両の重量を低減することができるということである。
本願の発明者は、DPF内部へのアッシュの堆積の問題を研究し、アッシュの堆積原因を分析して、アッシュの主成分が、エンジンオイル中に含まれるカルシウム(Ca)と排気中のSOxとがイオン結合した、CaSO4が主体であり、Ca塩は融点が高いため、排気中ではアッシュが固体としてDPFに流入し、凝集して、大粒径化するという知見を得た。
更に、本願の発明者は、アッシュの大きさはサブミクロンのオーダーであり、これをナノミクロンのオーダーまで細粒径化すると、アッシュがDPFをすり抜けることを、実験により確認した。
更に、本願の発明者は、サブミクロンの大きさに大粒径化したCaSO4を、還元雰囲気におくと、CaSO4のSO4が還元されてSO3となり、Caとの結合が弱まること、及び、このときDPFの表面上にSO3よりも強い酸が存在すると、CaSO3のCaとSO3との結合が切断され、CaイオンがDPFの表面上のSO3よりも強い酸の上に原子状に分散して結合するということを、実験により確認した。
更に、本願の発明者は、DPFの表面上のSO3よりも強い酸と結合したCaイオンは、DPFの表面上のSO3よりも強い酸と比べて、更に強い酸が雰囲気中に存在すると、雰囲気中の更に強い酸と結合して、DPFから放出され、DPFをすり抜けて排出されるというということを、実験により確認した。
以上を整理すると、DPFの表面上のSO3よりも強い酸として、この酸の酸強度を、SO3よりも強くSO4よりも弱い酸強度とすれば、サブミクロンの大きさに大粒径化してDPF内に堆積したCaSO4は、還元雰囲気において、CaSO4のSO4が還元されてCaSO3となり、CaSO3のCaイオンが、DPFの表面上の酸と結合し、DPFの表面上に原子状に分散する。次に、雰囲気中にSO4を存在させれば、DPFの表面上のCaは、雰囲気中のSO4と結合して、サブナノメートルの大きさのCaSO4となってDPFから放出される。
排気ガスの雰囲気が、ストイキ又はリッチ雰囲気である場合には、上述の還元雰囲気であり、リーン雰囲気である場合には、リーン雰囲気にはSO4が含まれている。そこで、上述のDPFに対して、雰囲気をストイキ又はリッチ雰囲気にする制御と、次にリーン雰囲気にする制御と、を行えば、ストイキ又はリッチ雰囲気において、DPFに堆積したアッシュのCaイオンが、DPFの表面上に原子状に分散し、次に次にリーン雰囲気において、DPFの表面上のCaが、リーン雰囲気中のSO4と結合してDPFから放出され、サブナノメートルの大きさに細粒径化したCaSO4となってDPFをすり抜け、排出される。
すなわち、以上の過程では、最初の、サブミクロンの大きさに大粒径化してDPFに堆積したCaSO4が、最終的に、再びCaSO4となってDPFから放出されるが、放出されるCaSO4は、サブナノメートルの大きさに細粒径化されており、DPFをすり抜けて排出される。
しかし、以上のアッシュ再生運転を行う場合、DPFを通過する排気ガスの流速が遅いと、細粒径化されたCaSO4が滞留して再凝集し、DPFからの放出が起こりにくくなるという問題がある。
本発明は、この問題を解決するために、DPFを通過する排気ガスの流速が速いときに、アッシュの放出に必要なSO4を供給し、細粒径化されたCaSO4が、効果的に放出されるようにするものである。すなわち、本発明によって、細粒径化されたCaSO4が滞留せずに放出され、アッシュ再生運転が、効果的に進行する。
また、以上のアッシュ再生運転を行う場合、通常、アッシュは、DPF内に堆積したPMの中に埋没した状態にある。したがって、この状態でアッシュ再生を行おうとしても、サブミクロンの大きさに大粒径化してDPF内に堆積したCaSO4が還元雰囲気と接触することができないために、CaSO4のSO4が還元されない。或いは、還元されてCaSO3となったアッシュも、DPFの表面上の固体酸に接触することができない。したがって、アッシュを効果的に分解するためには、PM再生運転によってPMを燃焼、除去した後、アッシュ再生運転を行うことが好ましい。
アッシュ再生運転とPM再生運転とは、それぞれ、アッシュの堆積状況と、PMの堆積状況と、に応じて行うが、通常、アッシュ再生運転の頻度は、PM再生運転の頻度よりも少なくてよく、また、アッシュ再生運転とPM再生運転とは、ほぼ同一の温度で行うことができるので、アッシュ再生運転は、PM再生運転の温度上昇を利用して、複数のPM再生運転のうちの1つに引き続いて実施するのが効率的である。
更に、内燃機関の運転状態が加速状態にあるときは、排気ガスの流速が速いという条件になりやすい。したがって、上述のアッシュ再生運転を行う場合、内燃機関の運転状態が加速状態にあるときに、排気ガスの流速が速いかどうかを判定し、SO4を供給する制御を行うようにすると、アッシュ再生運転のタイミングを、効率的に決定することができる。
請求項1に記載の発明によれば、内燃機関の排気系にDPFを配置した、内燃機関の排気浄化装置であって、DPFが、表面上に固体酸をコーティングしたDPFであり、固体酸の酸強度が、SO3の酸強度よりも大きくSO4の酸強度よりも小さく、内燃機関の排気系において、表面上に固体酸をコーティングした前記DPFの上流に、温度を上昇させることによりSO4を放出する特性を有するSOx吸放出触媒装置を備え、更に、DPF内に堆積したアッシュを除去する、アッシュ再生運転の制御を備え、アッシュ再生運転の制御が、DPFの温度を上昇させる制御と、DPF内の雰囲気の空燃比の制御と、SOx吸放出触媒装置からSO4を放出する制御と、を備え、DPF内の雰囲気の空燃比の制御が、DPFの温度を上昇させる制御の間に、先にストイキ又は空燃比リッチ雰囲気とし、次に空燃比リーン雰囲気に変化させる制御であり、SOx吸放出触媒装置からSO4を放出する制御が、DPFの温度を上昇させる制御の間、DPFを通過する排気の流量が所定値を超えた場合に、SOx吸放出触媒装置からSO4を放出する制御である、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
すなわち、請求項1の発明では、DPFの表面上に、SO3よりも強くSO4よりも弱い酸強度の固体酸を塗布することによって、DPFを構成する。このように構成したDPFに対して、還元雰囲気にした排気ガスを通過させると、大粒径化してDPFに堆積したCaSO4は、還元雰囲気中で、CaSO4のSO4が還元されてCaSO3となり、CaSO3のCaイオンがDPFの表面上の固体酸と結合し、次に、雰囲気中にSO4を存在させれば、DPFの表面上のCaは、雰囲気中のSO4と結合して、CaSO4となってDPFから放出される。この過程を経て放出されたCaSO4は、細粒径化されているため、最初の大粒径化したCaSO4が、細粒径化されたCaSO4となってDPFから放出され、DPFをすり抜けて排出される。ここで、細粒径化されたCaSO4が滞留して再凝集し、DPFからの放出が起こりにくくなることを避けるために、DPFを通過する排気ガスの流速が速いときに、アッシュの放出に必要なSO4を供給し、細粒径化されたCaSO4が、効果的に放出されるようにする。したがって、細粒径化されたCaSO4が滞留せずに放出され、アッシュ再生運転が、効果的に進行し、アッシュが高い放出率で除去されるので、DPFへのアッシュの堆積を抑制し、長期にわたって圧損の増加や、PM再生温度の増加、また、燃費の低下を抑制することができる、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
請求項2に記載の発明によれば、更に、DPFの温度を上昇させて前記DPF内に堆積したPMを燃焼、除去する、PM再生運転の制御を備え、アッシュ再生運転の制御を、複数のPM再生運転のうちの1つに引き続いて実施する、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置、が提供される。
すなわち、請求項2の発明では、アッシュ再生運転の制御を、複数のPM再生運転のうちの1つに引き続いて実施する。通常、アッシュ再生運転の頻度は、PM再生運転の頻度よりも少なくてよく、また、アッシュ再生運転とPM再生運転とは、ほぼ同一の温度で行うことができるので、アッシュ再生運転の制御を、複数のPM再生運転のうちの1つに引き続いて実施すると、PMの中に埋没した状態にあった大粒径化したCaSO4が、還元雰囲気に晒されるようになり、また、還元されてCaSO3となったアッシュが、DPFの表面上の固体酸に接触するようになり、PM再生運転に続くアッシュ再生運転が、効果的に進行する。また、DPFを通過する排気ガスの流速が速いときに、アッシュの放出に必要なSO4を供給し、細粒径化されたCaSO4が、効果的に放出されるようにする。したがって、細粒径化されたCaSO4が滞留せずに放出され、アッシュ再生運転が、効果的に進行し、アッシュが高い放出率で除去されるので、DPFへのアッシュの堆積を抑制し、長期にわたって圧損の増加や、PM再生温度の増加、また、燃費の低下を抑制することができる、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
請求項3に記載の発明によれば、SOx吸放出触媒装置からSO4を放出する制御が、更に、内燃機関の運転状態が加速状態にあるときに実施される制御である、請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置、が提供される。
すなわち、請求項3の発明では、内燃機関の運転状態が加速状態にあるときは、排気ガスの流速が速いという条件になりやすので、内燃機関の運転状態が加速状態にあるときに、排気ガスの流速が速いかどうかを判定して、SO4を供給する制御を行うようにし、アッシュ再生運転のタイミングを、効率的に決定することができる。したがって、細粒径化されたCaSO4が滞留せずに放出され、アッシュ再生運転が、効果的に進行し、アッシュが高い放出率で除去されるので、DPFへのアッシュの堆積を抑制し、長期にわたって圧損の増加や、PM再生温度の増加、また、燃費の低下を抑制することができる、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
各請求項に記載の発明によれば、アッシュ再生の構成が提供され、アッシュ再生運転において、細粒径化されたCaSO4が滞留せずに放出され、アッシュ再生運転が、効果的に進行し、アッシュが高い放出率で除去されるので、DPFへのアッシュの堆積を抑制し、長期にわたって圧損の増加や、PM再生温度の増加、また、燃費の低下を抑制することができる、内燃機関の排気浄化装置が提供するという、共通の効果を奏する。
図1は、本発明を内燃機関の排気浄化装置に適用した場合の、装置配置の実施形態の概略構成を説明する図である。
図2は、本発明を実施する効果を説明する図である。
図3は、本発明の制御の実施形態の概略構成を説明するフローチャートである。
図4は、本発明の原理を説明する図である。
図5は、本発明の原理を説明する図である。
図6は、本発明の原理を説明する図である。
図7は、本発明の制御の原理を説明する図である。
図8は、本発明の制御の実施形態を説明する図である。
図9は、本発明の制御の別の実施形態を説明する図である。
図10は、本発明の制御の更に別の実施形態を説明する図である。
図2は、本発明を実施する効果を説明する図である。
図3は、本発明の制御の実施形態の概略構成を説明するフローチャートである。
図4は、本発明の原理を説明する図である。
図5は、本発明の原理を説明する図である。
図6は、本発明の原理を説明する図である。
図7は、本発明の制御の原理を説明する図である。
図8は、本発明の制御の実施形態を説明する図である。
図9は、本発明の制御の別の実施形態を説明する図である。
図10は、本発明の制御の更に別の実施形態を説明する図である。
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。なお、複数の添付図面において、同一又は相当する部材には、同一の符号を付している。
図1は、本発明の基本構成を示す図であり、DPF2の表面上に、詳細にはDPF2のDPF基材の表面上に、酸強度がSO3以上でSO4以下に相当する固体酸を塗布する。また、内燃機関1の排気系の、DPF2の上流に、SOx吸放出触媒装置30を備える。内燃機関1の排気は、SOx吸放出触媒装置30を経由してDPF2に導かれ、排気中のSOxは、SOx吸放出触媒装置30によって捕集、除去され、排気中のPMは、DPF2によって捕集、除去され、SOx及びPMの除去された排気が排出される。DPF2に捕集されたPMは次第に堆積していくので、定期的に或いはDPF2の性能低下を検知して、DPF2内に捕集されたPMを燃焼除去するPM再生運転を行う。
しかし、PM再生運転を繰り返し行っていると、図4に示すように、DPF内にアッシュ3が堆積し、PM再生運転を行っても、次第にDPFの圧力損失が増加し、また、PM再生温度を次第に増加させなければ十分な再生が行われなくなる、という問題があり、燃費が悪化する。
本発明では、図5に示すように、DPF内に堆積したアッシュ3を細粒径化するので、細粒径化された粒子が、DPFのフィルタ隙間を通り抜け、排気とともに排出される。
本発明を、図6によって詳しく説明すると、まず、図6(a)に示すように、DPFを使用し続けた場合、エンジンで生成しPMに覆われているアッシュ粒子が、DPF内でPM再生運転時の高温条件に晒され、アッシュ粒子を覆っていたPMが燃焼除去され、PMが燃焼除去されたアッシュ粒子に、更に熱が加わってアッシュ粒子が凝集し、大粒径化したアッシュ3として堆積する。このときアッシュ3の粒子は、硫酸カルシウム(CaSO4)が主成分であるが、図6(a)において雰囲気が還元雰囲気、例えばストイキ雰囲気又はリッチ雰囲気の場合には、アッシュ3の粒子は、亜硫酸カルシウム(CaSO3)に還元される。したがって、DPF基材5の上にSO3以上の酸強度の固体酸6が存在する場合には、図6(b)に示すように、アッシュ粒子中のカルシウム(Ca)が、SO3より強い酸である固体酸6と結合し、アッシュ3は分解する。このときCaは、固体酸6上に原子状に分散する。次に、固体酸6上に原子状に分散したCaが、SO4を含んだ雰囲気に晒されると、例えば、内燃機関からの排気中には、通常SOxが含まれており、リーン雰囲気の中ではSO4が多く含まれるため、リーン雰囲気に晒されると、図6(c)に示すように、固体酸6上に原子状に分散したCaが、固体酸6よりも強い酸であるSO4と結合して再度硫酸塩化し、硫酸カルシウム(CaSO4)となり、固体酸上から放出される。このときの硫酸カルシウム(CaSO4)は、大きさが1ナノメートル以下の細粒径の粒子となっており、この細粒径化粒子は、エアロゾルとなってDPFをすり抜け、その結果、DPFに堆積したアッシュが除去される。
この場合、DPF基材5の上に塗布する固体酸6の酸強度は、SO3の酸強度よりも大きく、SO4の酸強度よりも小さくなければならない。固体酸6の酸強度が、SO3の酸強度以下の場合には、CaSO3に還元されたアッシュ粒子中のCaが、固体酸6と結合せず、したがってアッシュ3は分解せず、また、固体酸6がSO4の酸強度以上の超強酸である場合には、雰囲気中にSO4が存在しても、Caが固体酸6から放出されないからである。
したがって、DPF基材5の上に、酸強度がSO3以上、SO4以下に相当する固体酸を塗布し、アッシュ再生運転中に、DPF内の雰囲気の空燃比を、先にストイキ又は空燃比リッチ雰囲気とし、次に空燃比リーン雰囲気に変化させるように制御すると、DPF内の大粒径化したアッシュが、細粒径化したアッシュ粒子となってDPFをすり抜け、排出される。
また、以上のアッシュ再生運転を行う場合、DPFを通過する排気ガスの流速が遅いと、細粒径化されたCaSO4が滞留して再凝集し、DPFからの放出が起こりにくくなるという問題がある。すなわち、図5において、DPF内に堆積したアッシュ3が細粒径化した場合、DPFを通過する排気ガスの流速が遅いと、細粒径化したCaSO4が再凝集し、DPFからの放出が起こりにくくなる。
そこで、本発明は、DPFを通過する排気ガスの流速が速いときに、アッシュの放出に必要なSO4を供給し、細粒径化されたCaSO4が、効果的に放出されるようにする。
これを図7に基づいて説明すると、図7の最上段の2本のグラフは、細線のグラフが、左側の縦軸で示す車両の車速であり、太線のグラフが、右側の縦軸で示す排気ガス流量であるが、排気ガス流量Gaが、斜線で示すように、閾値を超えた場合に、上から3番目のグラフの空燃比を、閾値よりもリッチ側、すなわちリーン領域においてストイキに近い領域に制御し、同時に、SOx吸放出触媒装置からのSO4の放出を開始する(後述の図3の制御では、これを「加速リッチ制御」という)。図7の最下段のグラフは、SOx吸放出触媒装置からのSOx放出濃度を示すグラフであり、排気ガス流量Gaが閾値を超えた場合に、SOx吸放出触媒装置からのSO4の放出が開始されることを示している。
以上の制御を行うと、図2のDP3で示すように、いつまでもDPFの圧損が増加しないDPFを構成することができる。すなわち、図2のDP1は、本発明のアッシュ再生制御を行わない場合のDPFの圧損の増加を示し、DP2は、本発明のアッシュ再生制御を行うが、DPFを通過する排気ガスの流速が速いときに合わせてアッシュの放出に必要なSO4を供給する制御を行わない場合の、DPFの圧損の増加を示しており、DP3は、本発明のSO4を供給する制御が、DP1やDP2に比べて有利であることを示している。
図3は、上述の制御をフローチャートにしたものであり、ステップ100で、アッシュ再生を行うと判断した場合、すなわち、図7のアッシュ再生領域ZAに入った場合には、ステップ200に進み、アッシュ再生運転の制御を開始する。ステップ300で、アッシュ再生運転中に排気ガス流量Gaが閾値を超えたかどうか判定し、閾値を超えた場合には、ステップ400に進み、加速リッチ制御を行う。加速リッチ制御とは、上述したように、空燃比を、リーン領域におけるストイキに近い領域に制御し、同時に、SOx吸放出触媒装置からのSO4の放出を開始する制御である。
ステップ300で、排気ガス流量Gaが閾値を超えない場合には、アッシュ再生運転を継続するかどうか判定し、アッシュ再生領域ZAである場合には、更に排気ガス流量Gaが閾値を超えたかどうかの判定を繰り返し、排気ガス流量Gaが閾値を超えた場合の加速リッチ制御を繰り返す。
図3のフローチャートの説明における加速リッチ制御、すなわち図7における、空燃比を、リーン領域におけるストイキに近い領域に制御し、同時に、SOx吸放出触媒装置からのSO4の放出を開始する制御を、より詳細に説明するものが、図8であり、図8は、DPF内の空燃比と温度に対して、供給するSOxの関係を示している。すなわち、図8において、「少」「多」とは、それぞれ、「SOxの供給量が少ない」ことと、「SOxの供給量が多い」ことと、を示しており、図8の関係を制御マップとして制御系に組み込み、空燃比とSOx供給量との組み合わせ制御を行う。
図9は、本発明の制御の、別の実施例であり、図7の制御と同様の制御を行うが、内燃機関のアフターバーン制御と組み合わせた場合の制御を示し、図9の下段のグラフにおいて、2つのグラフのうち、細線で示すグラフaが、アフター噴射なしの場合であり、太線で示すグラフbが、アフター噴射ありの場合であり、アフター噴射ありの場合は、排気ガス流量Gaが閾値を超えた場合に、アフター噴射を行って、DPF内の環境の空燃比を、リーン領域においてストイキに近い領域に移行させて、図7の制御と同様の制御効果を得ることを示している。
また、図10は、本発明の制御の、更に別の実施例であり、図7の制御と同様の制御を行うが、排気燃料添加弁を備え、燃料添加弁の制御と組み合わせた場合の制御を示し、図9の下段のグラフにおいて、2つのグラフのうち、細線で示すグラフcが、燃料添加弁制御を行わない場合であり、太線で示すグラフdが、燃料添加弁制御を行う場合であり、燃料添加弁制御を行う場合は、排気ガス流量Gaが閾値を超えた場合に、燃料添加弁制御を行って、DPF内の環境の空燃比を、リーン領域においてストイキに近い領域に移行させて、図7の制御と同様の制御効果を得ることを示している。
以上のように、DPF基材の上に、酸強度がSO3以上、SO4以下に相当する固体酸を塗布し、アッシュ再生運転中に、DPF内の雰囲気の空燃比を、先にストイキ又は空燃比リッチ雰囲気とし、更に、DPFを通過する排気の流量が所定値を超えた場合に、空燃比を、ストイキに近いリーン雰囲気に変化させ、SOx吸放出触媒装置からSO4を放出するように制御すると、DPF2内の大粒径化したアッシュが、完全に除去され、いつまでも性能が低下しないDPFを備えた内燃機関の排気浄化装置を構成することができ、DPF2の性能を、長期間にわたって飛躍的に向上させることができるという、有利な効果を奏する。更に、この効果に付随する更なる効果として、DPFの設置当初から、従来よりも小型のDPFを使用することができ、DPFの製造コストの低減のみならず、PM再生運転のエネルギーコストも低減することができる。更に、小型のDPFを使用することができるということは、DPFの車両への搭載スペースを低減することができ、当該DPFを搭載した車両の重量を低減することができるという効果があることにも注目すべきである。
1 内燃機関
2 DPF
3 アッシュ
4 細粒径化粒子
5 DPF基材
6 固体酸
30 SOx吸放出触媒装置
L1:SOx吸放出触媒装置入口
L2:DPF入口
L3:DPF出口
ZA:アッシュ再生運転
ZNOR:通常運転
ZR:空燃比リッチ運転
2 DPF
3 アッシュ
4 細粒径化粒子
5 DPF基材
6 固体酸
30 SOx吸放出触媒装置
L1:SOx吸放出触媒装置入口
L2:DPF入口
L3:DPF出口
ZA:アッシュ再生運転
ZNOR:通常運転
ZR:空燃比リッチ運転
Claims (3)
- 内燃機関の排気系にDPFを配置した、内燃機関の排気浄化装置であって、
前記DPFが、表面上に固体酸をコーティングしたDPFであり、
前記固体酸の酸強度が、SO3の酸強度よりも大きくSO4の酸強度よりも小さく、
前記内燃機関の排気系において、表面上に固体酸をコーティングした前記DPFの上流に、温度を上昇させることによりSO4を放出する特性を有するSOx吸放出触媒装置を備え、
更に、前記DPF内に堆積したアッシュを除去する、アッシュ再生運転の制御を備え、
前記アッシュ再生運転の制御が、
DPFの温度を上昇させる制御と、
DPF内の雰囲気の空燃比の制御と、
前記SOx吸放出触媒装置からSO4を放出する制御と、を備え、
前記DPF内の雰囲気の空燃比の制御が、前記DPFの温度を上昇させる制御の間に、先にストイキ又は空燃比リッチ雰囲気とし、次に空燃比リーン雰囲気に変化させる制御であり、
前記SOx吸放出触媒装置からSO4を放出する制御が、前記DPFの温度を上昇させる制御の間、前記DPFを通過する排気の流量が所定値を超えた場合に、前記SOx吸放出触媒装置からSO4を放出する制御である、
内燃機関の排気浄化装置。 - 更に、前記DPFの温度を上昇させて前記DPF内に堆積したPMを燃焼、除去する、PM再生運転の制御を備え、
前記アッシュ再生運転の制御を、複数の前記PM再生運転のうちの1つに引き続いて実施する、
請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記SOx吸放出触媒装置からSO4を放出する制御が、更に、前記内燃機関の運転状態が加速状態にあるときに実施される制御である、
請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012502379A JPWO2013005337A1 (ja) | 2011-07-01 | 2011-07-01 | 内燃機関の排気浄化装置 |
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JP2012502379A JPWO2013005337A1 (ja) | 2011-07-01 | 2011-07-01 | 内燃機関の排気浄化装置 |
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2011
- 2011-07-01 JP JP2012502379A patent/JPWO2013005337A1/ja active Pending
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