JP2017075552A - 排気浄化装置の酸化触媒目詰まり防止方法及び酸化触媒目詰まり防止装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】日常的に内燃機関が低負荷低回転域で運転される条件下であっても酸化触媒の入口が詰まるのを防ぐことができる排気浄化装置の酸化触媒目詰まり防止方法を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気系に酸化触媒15、DPD16を接続し、DPD16再生時に排ガス温度を酸化触媒15の触媒活性温度まで上昇させた後、排気系にHCを供給してDPD16に堆積したPMを燃焼除去するに際して、内燃機関2が常時低負荷低回転で運転されるとき、DPD16再生の数回に1回の割で、酸化触媒15に付着したPMを除去する酸化触媒PM除去運転を行うものである。
【選択図】図2
【解決手段】内燃機関の排気系に酸化触媒15、DPD16を接続し、DPD16再生時に排ガス温度を酸化触媒15の触媒活性温度まで上昇させた後、排気系にHCを供給してDPD16に堆積したPMを燃焼除去するに際して、内燃機関2が常時低負荷低回転で運転されるとき、DPD16再生の数回に1回の割で、酸化触媒15に付着したPMを除去する酸化触媒PM除去運転を行うものである。
【選択図】図2
Description
本発明は、酸化触媒とディーゼルパティキュレートディフューザとを備える排気浄化装置の酸化触媒目詰まり防止方法及び酸化触媒目詰まり防止装置に関するものである。
近年トラック等の車両や、ブルドーザー等の土木機械、並びにクレーンなどの建設機械には、排ガス系に、酸化触媒とDPD(ディーゼルパティキュレートディフューザ:登録商標)とを備えた排気浄化装置が接続されている。
DPDは、PM(パティキュレートマター)を捕集するものであり、捕集で堆積したPMが一定量堆積したとき、PMを燃焼除去するための再生処理が必要である。DPDの再生処理は、排ガス中に供給されたHCを酸化触媒で燃焼させることで排ガスをDPD再生温度まで上昇させ、DPDに堆積したPMを燃焼させることで行う。
ところで、クレーン等の建設機械では、例えば図3(a)に示すように、一般的な車両等では見られない程の低負荷低回転域で運転されていることがあり、このような建設機械でのDPD再生運転は、排気浄化に時間がかかる問題があることがわかった。
この原因を調べた結果、図4(a)に示すように、一般に詰まることはないとされている酸化触媒の外周部入口にPMが堆積して詰まっていることが解った。
内燃機関が常時低負荷低回転で運転された場合、図4(b)に示すように、炭化水素やエンジンオイルを含む有機溶剤可溶成分(ラッカー分)21が酸化触媒15の外周入口の格子状の前端面に凝縮して付着し、この有機溶剤可溶成分21がバインダとなってすす22が付着し、これが成長して酸化触媒の孔23を塞いだと考えられる。
有機溶剤可溶成分21は、一般に排ガスの温度が高い中高負荷条件下では蒸発し易いため、例えば図3(b)に示すように、運転域Aが低負荷低回転域から高負荷高回転域までの広範囲に亘るトラック等の車両では、酸化触媒入口に有機溶剤可溶成分21とすすが付着してすすが剥がれ落ち、付着の問題はない。また、エンジン負荷が上がって排気温度が上がったときにも同様に、付着の問題はない。またさらに、酸化触媒入口に付着し始めたすすは、車両の走行に伴う振動でも剥がれ落ち易い。
また、図3(c)に示すように、運転域Bが常に高回転域になっていることが多いブルドーザー等の土木機械では、排ガスの温度が常に高いため、有機溶剤可溶成分21が凝縮・付着することはない。
そこで、本願発明の目的は、日常的に内燃機関が低負荷低回転域で運転される条件下であっても酸化触媒の入口が詰まるのを防ぐことができる排気浄化装置の酸化触媒目詰まり防止方法及び酸化触媒目詰まり防止装置を提供することにある。
上述の目的を達成するため、本発明は、内燃機関の排気系に酸化触媒、ディーゼルパティキュレートディフューザを接続し、ディーゼルパティキュレートディフューザ再生時に排ガス温度を酸化触媒の触媒活性温度まで上昇させた後、前記排気系にハイドロカーボンを供給してディーゼルパティキュレートディフューザに堆積したPMを燃焼除去するに際して、内燃機関が常時低負荷低回転で運転されるとき、前記ディーゼルパティキュレートディフューザ再生の数回に1回の割で、前記酸化触媒に付着したPMを除去する酸化触媒PM除去運転を行うものである。
本発明によれば、日常的に内燃機関が低負荷低回転域で運転される条件下であっても酸化触媒の入口が詰まるのを防ぐことができる。
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
図1は酸化触媒目詰まり防止装置の説明図であり、図2は、DPD再生及び酸化触媒PM除去運転を行うタイミングを説明する説明図である。図2において横軸は時間を表す。また、上下3段に並ぶ線図のうち上段の線図におけるT1は通常運転時の酸化触媒(DOC)入口の排気温度であり、T2はDPD再生時の酸化触媒入口の排気温度であり、T3は酸化触媒PM除去運転時の酸化触媒入口の排気温度である。
図1に示すように、酸化触媒目詰まり防止装置1は、内燃機関2と、可変容量ターボ10と、インテークスロットル13と、これらを制御する制御装置(以下、ECU)5とを備える。
内燃機関2はディーゼルエンジンからなり、インジェクタ2aを有する。インジェクタ2aはコモンレール3に接続されており、コモンレール3からの軽油等からなるディーゼル燃料を燃焼室4内に噴射するようになっている。また、インジェクタ2aはECU5に電気的に接続されており、ECU5から命令を受けることで任意のタイミングで燃料を噴射できる。
また、内燃機関2は吸気マニホールド6及び排気マニホールド7を有し、吸気マニホールド6には吸気系8が接続され、排気マニホールド7には排気系9が接続される。
吸気系8には、可変容量ターボ10のコンプレッサ11が接続されている。コンプレッサ11は、後述する可変容量ターボ10の可変容量タービン12からの回転力で駆動されるようになっている。また、コンプレッサ11より下流の吸気系8には、吸気量を絞るためのインテークスロットル13が接続されている。インテークスロットル13は、ECU5に電気的に接続されており、ECU5からの命令で任意の開度で開閉されるようになっている。
排気系9には、可変容量ターボ10の可変容量タービン12が接続されると共に、排気浄化装置14が接続されている。可変容量タービン12は、流入する排ガスの流量を調整可能に形成されている。また、可変容量タービン12は、ECU5に電気的に接続されており、ECU5からの命令で任意の開度に調節されるようになっている。
排気浄化装置14は、可変容量タービン12より下流の排気系9に接続されている。排気浄化装置14は、酸化触媒15と、酸化触媒15の下流側に配置されたDPD16と、DPD16の下流側に配置されたNOx還元触媒17とを備える。
酸化触媒15の入口には、温度センサ18が設けられている。温度センサ18は、ECU5に電気的に接続されており、検出値、すなわち酸化触媒15の入口温度をECU5に入力する。
DPD16は、フィルタ状に形成されており、排ガス中のPMを捕集する。
DPD16の再生は、酸化触媒15入口の排ガス温度を酸化触媒15の触媒活性温度T2(図2参照)まで上昇させた後、排気系にハイドロカーボンを供給することで行う。これにより、DPD16に堆積したPMが燃焼し除去される。具体的には、ECU5は、ポスト噴射を行うと共に、インテークスロットル13の開度を下げ、かつ、可変容量タービン12を開くことで排ガス温度を上昇させる。この後、ECU5は、ポスト噴射を行うことでハイドロカーボンを発生させ、酸化触媒15にてハイドロカーボンの酸化熱が発生することで排ガス温度をDPD16再生温度まで上昇させる。酸化触媒15の触媒活性温度T2は例えば約300℃である。
なお、ECU5は、排ガス温度を上昇させるとき、ポスト噴射、インテークスロットル13閉、可変容量タービン12開の3つの制御を行うものとしたが、酸化触媒15入口の排ガス温度を触媒活性温度T2まで上昇できればよく、これら3つの制御のうち、いずれか1つ又は2つの制御を行うものとしてもよい。
図2に示すように、ECU5は、内燃機関2の運転時間(OFF時を除く通算)を測定し、運転時間が予め設定された時間t1、t2、t3、t4、t5になる度にDPD16の再生処理を行う。時間t1、t2、t3、t4、t5は、予め最適な値を実験等で求めておき、ECU5に記録しておくとよい。また、時間t1、t2、t3、t4、t5は等間隔に設定されるとよい。
また、ECU5は、時間t5になると、DPD再生と同時に酸化触媒PM除去運転を行う。すなわち、ECU5は、DPD16再生の5回に1回の割で酸化触媒PM除去運転を行う。
ECU5は、酸化触媒PM除去運転を行うとき、酸化触媒15入口の排ガス温度がPM燃焼温度T3になるように内燃機関2の排ガス温度を上昇させて酸化触媒15入口に付着したPM(有機溶剤可溶成分とすす)を燃焼させる。このとき、ポスト噴射、インテークスロットル13閉、可変容量タービン12開を行うことで排ガス温度を上昇させる。酸化触媒15入口のPM燃焼温度T3は例えば約450℃である。
酸化触媒15入口が詰まる頻度はDPD16再生の頻度より遙かに小さく、酸化触媒PM除去運転にはDPD16の再生よりも多くの燃料を必要とする。このため、酸化触媒15入口の詰まりを予防しつつ燃費の悪化を抑えるよう、酸化触媒PM除去運転は、DPD16再生の数回に1回の割で行うことが好ましい(例えばDPD16の再生5回に1回の割で酸化触媒PM除去運転)。また、酸化触媒PM除去運転をDPD16再生と同時に行うことでPM除去に費やす燃料を最小に抑えることができると共に、DPD16再生が頻繁になったような錯覚をユーザが感じるのを防ぐことができる。
次に本実施の形態の作用を述べる。
図2に示すように、ECU5は内燃機関2の運転時間を測定し、運転時間が予め設定した時間になったときDPD16再生及び酸化触媒PM除去運転を行う。
具体的には、運転時間が測定開始からt1になると、DPD16再生のみを行い、運転時間がt2、t3、t4になったときも同様にDPD16再生のみを行う。その後、運転時間が測定開始からt5になると、DPD16再生を行うと同時に酸化触媒PM除去運転を行う。DPD16再生は、上述したようにポスト噴射、インテークスロットル13閉、可変容量タービン12開を同時に行うことで酸化触媒15入口の排ガス温度を酸化触媒15の触媒活性温度T2まで上昇させた後、ポスト噴射で排気系にハイドロカーボンを供給して行う。また、酸化触媒PM除去運転は、ポスト噴射、インテークスロットル13閉、可変容量タービン12開を同時に行うことで酸化触媒15入口の排ガス温度をPM燃焼温度T3まで上昇させて行う。エンジン回転数の上昇を抑えつつ排ガス温度を高めることができ、例えばクレーン作業中に酸化触媒PM除去運転が始まってしまった場合でも作業の安全性を損なうことはない。
酸化触媒PM除去運転が完了したら内燃機関2の運転時間を0にリセットし、内燃機関2の運転時間測定を再開する。
このように、DPD16再生の数回に1回の割で、酸化触媒PM除去運転を行うものとしたため、酸化触媒15入口が詰まる前に酸化触媒15入口に付着したPMを除去でき、酸化触媒15の詰まりを未然に防ぐことができる。また、酸化触媒15入口がひどく詰まった後で酸化触媒PM除去運転を行った場合、酸化触媒15入口の詰まりが完全に解消されないことも考えられるが、酸化触媒15が十分機能しているときに酸化触媒PM除去運転を行うことにより、酸化触媒15入口に付着したPMを完全に除去でき、低負荷低回転運転による酸化触媒15入口の詰まりを確実に防ぐことができる。そして、酸化触媒PM除去運転による燃費の悪化を最小限に抑えることができると共に、PM除去の回数が増えるのを防ぐことができる。
なお、酸化触媒15入口に付着したPMは、内燃機関2の運転域が低負荷低回転域から中負荷中回転域に移った場合のように排ガスの流速が上がったり、排気温度が上がったり、振動することにより剥がれやすい。このため、酸化触媒目詰まり防止装置1は、内燃機関2が常時低負荷低回転域で運転される建設機械及び車両等に設けられるとよい。酸化触媒15入口にPMが付着しない建設機械及び車両等に、酸化触媒目詰まり防止装置1を設けた場合、酸化触媒PM除去運転時に必要以上に燃料が消費され、燃費悪化の原因となる。
また、DPD16再生及び酸化触媒PM除去運転は、内燃機関2が設定時間運転される度に行われるものとしたが、これに限るものではない。例えば内燃機関2の運転状態等からDPD16に堆積したPMの量を予測し、予測したPM堆積量が予め設定した設定値に達する度にDPD16再生を行うと共に、DPD16再生の数回に1回の割で酸化触媒PM除去運転を行うとよい。
また、酸化触媒PM除去運転は、例えばDPD16再生が5回に1回の割で行うものとしたが、DPD16再生回数に対する頻度は、内燃機関2の運転状態に応じて変化させるものとしてもよい。この場合、酸化触媒15の詰まり易さは、排気温度の低さ、エンジン回転数の低さ(酸化触媒15における排ガスの流れの遅さ)等の条件によって変わるため、ECU5がこれらの条件を数値化して累積させ、累積した数値が所定値に達したら次のDPD再生時に同時に酸化触媒PM除去運転を行うようにしてもよい。
2 内燃機関
14 排気浄化装置
15 酸化触媒
16 DPD(ディーゼルパティキュレートディフューザ)
14 排気浄化装置
15 酸化触媒
16 DPD(ディーゼルパティキュレートディフューザ)
Claims (4)
- 内燃機関の排気系に酸化触媒、ディーゼルパティキュレートディフューザを接続し、ディーゼルパティキュレートディフューザ再生時に排ガス温度を酸化触媒の触媒活性温度まで上昇させた後、前記排気系にハイドロカーボンを供給してディーゼルパティキュレートディフューザに堆積したPMを燃焼除去するに際して、
内燃機関が常時低負荷低回転で運転されるとき、前記ディーゼルパティキュレートディフューザ再生の数回に1回の割で、前記酸化触媒に付着したPMを除去する酸化触媒PM除去運転を行うことを特徴とする排気浄化装置の酸化触媒目詰まり防止方法。 - 前記酸化触媒PM除去運転は、前記酸化触媒入口の排ガス温度がPM燃焼温度になるように前記内燃機関の排ガス温度を上昇させて行う請求項1に記載の排気浄化装置の酸化触媒目詰まり防止方法。
- 内燃機関の排気系に酸化触媒、ディーゼルパティキュレートディフューザを接続し、ディーゼルパティキュレートディフューザ再生時に排ガス温度を酸化触媒の触媒活性温度まで上昇させた後、前記排気系にハイドロカーボンを供給してディーゼルパティキュレートディフューザに堆積したPMを燃焼除去するに際して、
内燃機関が常時低負荷低回転で運転されるとき、前記ディーゼルパティキュレートディフューザ再生の数回に1回の割で、前記酸化触媒に付着したPMを除去する酸化触媒PM除去運転を行う制御装置を備えたことを特徴とする排気浄化装置の酸化触媒目詰まり防止装置。 - 前記酸化触媒PM除去運転は、前記酸化触媒入口の排ガス温度がPM燃焼温度になるように前記内燃機関の排ガス温度を上昇させて行う請求項3に記載の排気浄化装置の酸化触媒目詰まり防止装置。
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JP2015202811A JP2017075552A (ja) | 2015-10-14 | 2015-10-14 | 排気浄化装置の酸化触媒目詰まり防止方法及び酸化触媒目詰まり防止装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018132042A (ja) * | 2017-02-17 | 2018-08-23 | 株式会社Soken | 内燃機関の排気浄化装置 |
JP2019112955A (ja) * | 2017-12-20 | 2019-07-11 | 株式会社クボタ | エンジン |
-
2015
- 2015-10-14 JP JP2015202811A patent/JP2017075552A/ja active Pending
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