JP2018096210A - Exhaust emission control system and its controlling method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガス浄化システム及びその制御方法に関し、より詳細には、燃費を向上する排気ガス浄化システム及びその制御方法に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification system and a control method thereof, and more particularly to an exhaust gas purification system and a control method thereof that improve fuel efficiency.
捕集された粒子状物質を除去して捕集フィルタを再生する方法としては、一般的に、強制再生が知られている。強制再生においては、酸化触媒装置に燃料を噴射供給して酸化させて、その酸化により生じた酸化反応熱を利用することで排気ガス温度を昇温し、捕集フィルタに捕集された粒子状物質を焼却除去している。 In general, forced regeneration is known as a method for regenerating a collection filter by removing the collected particulate matter. In forced regeneration, fuel is injected into the oxidation catalyst device to oxidize it, and the exhaust gas temperature is raised by utilizing the oxidation reaction heat generated by the oxidation, and the particulate matter collected by the collection filter The substance is removed by incineration.
これに関して、強制再生時に、酸化触媒装置に燃料を周期的(間欠的)に供給する排気ガス浄化システムが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。しかし、このような強制再生は、捕集フィルタを再生可能な反面、排気ガスを500度以上の高温に昇温する必要がある。それ故、強制再生の頻度が多くなると、捕集フィルタの再生に要する燃料消費量が多大になり、燃費が悪化するという問題があった。 In this regard, an exhaust gas purification system that periodically (intermittently) supplies fuel to the oxidation catalyst device during forced regeneration has been proposed (see, for example, Patent Document 1). However, such forced regeneration can regenerate the collection filter, but it is necessary to raise the temperature of the exhaust gas to a high temperature of 500 degrees or more. Therefore, when the frequency of forced regeneration increases, there is a problem that fuel consumption required for regeneration of the collection filter increases and fuel consumption deteriorates.
ところで、捕集フィルタにより捕集された粒子状物質を除去する方法としては、上述した強制再生の他に、連続再生が知られている。連続再生においては、酸化触媒装置で酸化生成される二酸化窒素の酸化分解能力を利用することで、捕集フィルタに捕集された粒子状物質を分解除去している。 By the way, as a method of removing the particulate matter collected by the collection filter, continuous regeneration is known in addition to the forced regeneration described above. In the continuous regeneration, the particulate matter collected by the collection filter is decomposed and removed by utilizing the oxidative decomposition ability of nitrogen dioxide generated by oxidation in the oxidation catalyst device.
連続再生における粒子状物質の酸化除去率は、捕集フィルタにおける排気ガス温度と二酸化窒素の濃度とに依存する。排気ガス温度が高い程、二酸化窒素と粒子状物質との酸化反応が促進される一方で、二酸化窒素は高い温度下では一酸化窒素に戻ってしまう。それ故、連続再生を効果的に実施するには、捕集フィルタにおける排気ガス温度を連続再生に適した温度(例えば、250度〜500度)に維持しながら、酸化触媒装置における二酸化窒素の生成量を増やす必要がある。 The oxidation removal rate of particulate matter during continuous regeneration depends on the exhaust gas temperature and the concentration of nitrogen dioxide in the collection filter. The higher the exhaust gas temperature, the more the oxidation reaction between nitrogen dioxide and particulate matter is promoted, while the nitrogen dioxide returns to nitric oxide at a higher temperature. Therefore, in order to effectively carry out the continuous regeneration, generation of nitrogen dioxide in the oxidation catalyst device while maintaining the exhaust gas temperature in the collection filter at a temperature suitable for continuous regeneration (for example, 250 to 500 degrees). The amount needs to be increased.
しかし、高濃度の燃料が共存する環境下では、酸化触媒装置における二酸化窒素の生成が阻害されるという問題がある。つまり、効果的な連続再生を目的とした排気ガス温度維持と二酸化窒素の高濃度化とは相反するものであり、それらの両立は困難であった。 However, in an environment where high concentration fuel coexists, there is a problem that the production of nitrogen dioxide in the oxidation catalyst device is hindered. That is, maintaining the exhaust gas temperature for the purpose of effective continuous regeneration and increasing the concentration of nitrogen dioxide are contradictory, and it has been difficult to achieve both.
本発明の目的は、強制再生の頻度を低下して、燃費を向上することができる排気ガス浄化システム及びその制御方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification system that can reduce the frequency of forced regeneration and improve fuel efficiency, and a control method therefor.
上記の目的を達成する本発明の排気ガス浄化システムは、エンジンから排出される排気ガスが通過する排気通路に、排気ガスの流れに関して上流側から下流側に向って順に、排気ガスに燃料を添加する燃料添加装置と、排気ガスに含まれる燃料及び窒素酸化物を酸化する酸化触媒装置と、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する捕集フィルタとが配置されている排気ガス浄化システムにおいて、前記捕集フィルタにおける排気ガス温度を取得
する温度取得装置と、この温度取得装置及び前記燃料添加装置に接続された制御装置と、を備えて、前記捕集フィルタにより捕集された粒子状物質を除去するフィルタ再生を行う場合は、前記温度取得装置が取得した前記排気ガス温度が前記捕集フィルタで捕集された粒子状物質を二酸化窒素により分解除去する連続再生に適した温度帯の下限値を下回るときに、前記制御装置により、前記フィルタ再生の開始から終了まで、燃料が噴射される噴射期間と燃料の噴射が停止される停止期間とを繰り返す間欠噴射を前記燃料添加装置に行わせて、取得した前記排気ガス温度を、前記連続再生に適した温度帯に維持する構成にしたことを特徴とするものである。
The exhaust gas purification system of the present invention that achieves the above object adds fuel to the exhaust gas in order from the upstream side to the downstream side with respect to the exhaust gas flow into the exhaust passage through which the exhaust gas discharged from the engine passes. In an exhaust gas purification system in which a fuel addition device, an oxidation catalyst device that oxidizes fuel and nitrogen oxides contained in exhaust gas, and a collection filter that collects particulate matter contained in exhaust gas are arranged A particulate matter collected by the collection filter, comprising: a temperature acquisition device for acquiring an exhaust gas temperature in the collection filter; and a control device connected to the temperature acquisition device and the fuel addition device. In the case of performing filter regeneration to remove the particulate matter, the exhaust gas temperature acquired by the temperature acquisition device is converted to particulate matter collected by the collection filter with nitrogen dioxide. When the control device falls below a lower limit value of a temperature range suitable for continuous regeneration to be removed, an injection period during which fuel is injected and a stop period during which fuel injection is stopped from the start to the end of the filter regeneration. In this configuration, the fuel adding device is made to perform intermittent injection repeatedly to maintain the acquired exhaust gas temperature in a temperature range suitable for the continuous regeneration.
また、上記の目的を達成する本発明の排気ガス浄化システムの制御方法は、エンジンから排出される排気ガスが通過する排気通路に、排気ガスの流れに関して上流側から下流側に向って順に、排気ガスに燃料を添加する燃料添加装置と、排気ガスに含まれる燃料及び窒素酸化物を酸化する酸化触媒装置と、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する捕集フィルタとが配置されている排気ガス浄化システムの制御方法において、前記捕集フィルタにより捕集された粒子状物質を除去するフィルタ再生を行う場合は、前記捕集フィルタにおける排気ガス温度を取得し、取得したその排気ガス温度が前記捕集フィルタで捕集された粒子状物質を二酸化窒素により酸化分解する連続再生に適した温度帯の下限値を下回るときに、前記フィルタ再生の開始から終了まで、燃料が噴射される噴射期間と燃料の噴射が停止される停止期間とを繰り返す間欠噴射を前記燃料添加装置に行わせて、取得した前記排気ガス温度を、前記連続再生に適した温度帯に維持することを特徴とする方法である。 Further, the control method of the exhaust gas purification system of the present invention that achieves the above-described object is directed to the exhaust passage through which the exhaust gas discharged from the engine passes in order from the upstream side to the downstream side with respect to the flow of the exhaust gas. A fuel addition device that adds fuel to the gas, an oxidation catalyst device that oxidizes fuel and nitrogen oxides contained in the exhaust gas, and a collection filter that collects particulate matter contained in the exhaust gas are arranged. In the control method of the exhaust gas purification system, when performing filter regeneration to remove the particulate matter collected by the collection filter, the exhaust gas temperature in the collection filter is acquired, and the acquired exhaust gas temperature is When the particulate matter collected by the collection filter falls below the lower limit of the temperature range suitable for continuous regeneration in which oxidative decomposition is performed with nitrogen dioxide, the filter regeneration is started. From the end to the end, the fuel addition device is made to perform intermittent injection that repeats an injection period in which fuel is injected and a stop period in which fuel injection is stopped, and the acquired exhaust gas temperature is suitable for the continuous regeneration. It is a method characterized by maintaining the temperature zone.
本発明によれば、燃料添加装置からの間欠噴射により燃料を排気ガスに添加して、酸化触媒装置に高濃度の燃料が共存する環境と、酸化触媒装置に燃料が共存しない環境とを意図的に交互に作り出している。それ故、高濃度の燃料が共存する環境下では、酸化触媒装置での燃料の酸化により生じた酸化反応熱を利用して排気ガスの温度を上昇することができる。また、酸化触媒装置に高濃度の燃料が共存しない環境下では、排気ガスの温度が下降する一方で、酸化触媒装置における二酸化窒素の生成量を増加して排気ガスに含有される二酸化窒素を高濃度にできる。 According to the present invention, fuel is added to exhaust gas by intermittent injection from the fuel addition device, and an environment where high concentration fuel coexists in the oxidation catalyst device and an environment where fuel does not coexist in the oxidation catalyst device are intentional. It produces alternately. Therefore, in an environment where high-concentration fuel coexists, the temperature of the exhaust gas can be increased using the oxidation reaction heat generated by the oxidation of the fuel in the oxidation catalyst device. Also, in an environment where high-concentration fuel does not coexist in the oxidation catalyst device, the exhaust gas temperature decreases, while the amount of nitrogen dioxide generated in the oxidation catalyst device is increased to increase the nitrogen dioxide contained in the exhaust gas. Can be a concentration.
これにより、排気ガス温度を連続再生に適した温度に維持すると共に二酸化窒素濃度を濃くすることで、連続再生による粒子状物質の酸化除去率の向上には有利になり、強制再生の代わりに連続再生を用いることが可能になる。これに伴って、強制再生の頻度を低下して、捕集フィルタの再生に要する燃料消費量を削減することができ、燃費を向上することができる。 As a result, maintaining the exhaust gas temperature at a temperature suitable for continuous regeneration and increasing the concentration of nitrogen dioxide is advantageous for improving the oxidation removal rate of particulate matter by continuous regeneration, and is continuous instead of forced regeneration. It becomes possible to use reproduction. Along with this, the frequency of forced regeneration can be reduced, the amount of fuel consumption required for regeneration of the collection filter can be reduced, and fuel consumption can be improved.
以下に、本発明の排気ガス浄化システム及びその制御方法の実施形態について説明する。 Embodiments of an exhaust gas purification system and a control method thereof according to the present invention will be described below.
図1に例示するように、第一実施形態の排気ガス浄化システム20は、エンジン10に設けられており、排気ガスG1を浄化するシステムである。 As illustrated in FIG. 1, the exhaust gas purification system 20 of the first embodiment is a system that is provided in the engine 10 and purifies the exhaust gas G1.
エンジン10は、複数の直列に配置された気筒11と気筒用噴射弁12とを有したエンジン本体13と、燃料の燃焼により生じた排気ガスG1がエキゾーストマニホールド14を経由して排出される排気通路15と、排気ガス浄化システム20とを備えている。 The engine 10 includes an engine body 13 having a plurality of cylinders 11 and cylinder injection valves 12 arranged in series, and an exhaust passage through which exhaust gas G1 generated by fuel combustion is discharged via an exhaust manifold 14. 15 and an exhaust gas purification system 20.
排気ガス浄化システム20は、排気通路15に、排気ガスG1の流れに関して上流側から下流側に向って順に配置された、配管用噴射弁21、酸化触媒装置22、捕集フィルタ23、還元剤噴射弁24、選択的還元触媒装置25、及びアンモニア用触媒装置26を有している。 The exhaust gas purification system 20 is arranged in the exhaust passage 15 in order from the upstream side to the downstream side with respect to the flow of the exhaust gas G1, and the piping injection valve 21, the oxidation catalyst device 22, the collection filter 23, the reducing agent injection. It has a valve 24, a selective reduction catalyst device 25, and an ammonia catalyst device 26.
配管用噴射弁21は、エキゾーストマニホールド14と酸化触媒装置22との間に介在する排気通路15の中途位置に、噴射口が排気ガスG1の流方向に向けられて挿入されている。配管用噴射弁21は、燃料タンク27a、燃料ポンプ27bからなる燃料供給システムから、気筒用噴射弁12から気筒11に噴射される燃料と同一の燃料が供給されて、排気ガスG1に供給されたその燃料を添加する燃料添加装置として機能している。 The piping injection valve 21 is inserted in the middle of the exhaust passage 15 interposed between the exhaust manifold 14 and the oxidation catalyst device 22 with the injection port directed in the flow direction of the exhaust gas G1. The pipe injection valve 21 is supplied with the same fuel as the fuel injected from the cylinder injection valve 12 into the cylinder 11 from the fuel supply system including the fuel tank 27a and the fuel pump 27b, and is supplied to the exhaust gas G1. It functions as a fuel addition device for adding the fuel.
酸化触媒装置22は、円筒状の多孔質構造体であり、セラミックスで構成された多孔質の隔壁により区画されて、排気ガスG1が流入する入口から流出する出口まで貫通して排気ガスG1の流路となる複数の通気孔(セル)が形成されている。酸化触媒装置22は、その多孔質の隔壁に排気ガスG1に含有する炭化水素、一酸化炭素、及び一酸化窒素を酸化する酸化触媒を担持している。酸化触媒としては、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)などの貴金属が例示される。 The oxidation catalyst device 22 is a cylindrical porous structure, and is partitioned by a porous partition made of ceramics. The oxidation catalyst device 22 penetrates from the inlet through which the exhaust gas G1 flows into the outlet through which the exhaust gas G1 flows. A plurality of ventilation holes (cells) serving as paths are formed. The oxidation catalyst device 22 carries an oxidation catalyst for oxidizing hydrocarbons, carbon monoxide, and nitrogen monoxide contained in the exhaust gas G1 in its porous partition wall. Examples of the oxidation catalyst include noble metals such as platinum (Pt), rhodium (Rh) and palladium (Pd).
捕集フィルタ23は、円筒状の多孔質構造体であり、酸化触媒装置22と同様にセラミックスで構成された多孔質の隔壁により複数の通気孔が形成されている。捕集フィルタ23は、酸化触媒装置22とは異なり、その通気孔が、目封じ部材により入口又は出口のどちらか一方が塞がれており、捕集フィルタ23の入口及び出口では、隣り合う通気孔が交互に塞がれている。 The collection filter 23 is a cylindrical porous structure, and a plurality of ventilation holes are formed by porous partition walls made of ceramics as in the oxidation catalyst device 22. Unlike the oxidation catalyst device 22, the collection filter 23 has a vent hole that is closed at either the inlet or the outlet by a sealing member, and the inlet and outlet of the collection filter 23 are adjacent to each other. The pores are alternately blocked.
還元剤噴射弁24は、捕集フィルタ23と選択的還元触媒装置25との間に介在する排気通路15の中途位置に、噴射口が排気ガスG1の流方向に向けられて挿入されている。還元剤噴射弁24は、尿素水タンク28a、尿素水ポンプ28bからなる尿素水供給システムから尿素水が供給されて、排気ガスG1に還元剤として尿素水を添加している。尿素水供給システムは、エンジン本体13を冷却した後の冷却水が流れる冷却水配管29が設けられていて、その冷却水により尿素水タンク28a、及び尿素水が流れる配管などを温める構成になっている。 The reducing agent injection valve 24 is inserted in the middle position of the exhaust passage 15 interposed between the collection filter 23 and the selective reduction catalyst device 25 with the injection port directed in the flow direction of the exhaust gas G1. The reducing agent injection valve 24 is supplied with urea water from a urea water supply system including a urea water tank 28a and a urea water pump 28b, and adds urea water as a reducing agent to the exhaust gas G1. The urea water supply system is provided with a cooling water pipe 29 through which the cooling water after cooling the engine body 13 flows, and the urea water tank 28a and the pipe through which the urea water flows are heated by the cooling water. Yes.
選択的還元触媒装置25は、円筒状の多孔質構造体であり、酸化触媒装置22と同様にセラミックスで構成された多孔質の隔壁により複数の通気孔が形成されている。選択的還
元触媒装置25は、酸化触媒装置22とは異なり、その多孔質の隔壁に排気ガスG1に含有する窒素酸化物を還元する選択的還元触媒を担持している。選択的還元触媒としては、バナジウムやゼオライトなどが例示される。
The selective reduction catalyst device 25 is a cylindrical porous structure, and a plurality of ventilation holes are formed by porous partition walls made of ceramics as in the oxidation catalyst device 22. Unlike the oxidation catalyst device 22, the selective reduction catalyst device 25 carries a selective reduction catalyst that reduces nitrogen oxides contained in the exhaust gas G <b> 1 on its porous partition wall. Examples of the selective reduction catalyst include vanadium and zeolite.
アンモニア用触媒装置26は、選択的還元触媒装置25を通過後の排気ガスG1に含まれるアンモニアを除去する装置であり、アンモニアを酸化分解する機能、あるいはアンモニアを吸着する機能を有している。 The ammonia catalyst device 26 is a device that removes ammonia contained in the exhaust gas G1 after passing through the selective reduction catalyst device 25, and has a function of oxidizing and decomposing ammonia or a function of adsorbing ammonia.
排気ガス浄化システム20においては、排気ガスG1が各装置を通過することで排気ガスG1に含まれる浄化対象成分が浄化される。具体的に、酸化触媒装置22により、排気ガスG1に含まれる炭化水素、炭素酸化物、及び窒素酸化物が酸化される。次いで、捕集フィルタ23により、排気ガスG1に含まれる粒子状物質が捕集される。次いで、選択的還元触媒装置25により、還元剤噴射弁24から噴射された尿素水の加水分解により生じたアンモニアによる還元反応によって、排気ガスG1に含まれる窒素酸化物が還元される。次いで、アンモニア用触媒装置26により、排気ガスG1に含まれるアンモニアが除去される。 In the exhaust gas purification system 20, the purification target component contained in the exhaust gas G1 is purified by passing the exhaust gas G1 through each device. Specifically, the oxidation catalyst device 22 oxidizes hydrocarbons, carbon oxides, and nitrogen oxides contained in the exhaust gas G1. Next, the particulate matter contained in the exhaust gas G1 is collected by the collection filter 23. Next, nitrogen oxides contained in the exhaust gas G1 are reduced by the selective reduction catalyst device 25 by a reduction reaction by ammonia generated by hydrolysis of urea water injected from the reducing agent injection valve 24. Next, ammonia contained in the exhaust gas G1 is removed by the ammonia catalyst device 26.
排気ガス浄化システム20では、捕集フィルタ23に捕集された粒子状物質を定期的に除去する必要がある。捕集された粒子状物質を除去する方法としては、強制再生と連続再生が例示できる。 In the exhaust gas purification system 20, it is necessary to periodically remove the particulate matter collected by the collection filter 23. Examples of the method for removing the collected particulate matter include forced regeneration and continuous regeneration.
強制再生においては、捕集フィルタ23における排気ガス温度Txを、強制再生に適した温度Ta(以下、強制再生温度Taという)以上に昇温して、捕集フィルタ23に捕集された粒子状物質を酸素により燃焼除去している。強制再生温度Taとしては、例えば、500度以上の高い温度が例示できる。この実施形態では、排気ガス温度Txが強制再生温度Taを下回る場合に、配管用噴射弁21から燃料を噴射して、酸化触媒装置22で炭化水素を酸化して、その酸化により生じた酸化反応熱を利用することで排気ガスG1の温度を昇温している。 In forced regeneration, the temperature of the exhaust gas Tx in the collection filter 23 is raised to a temperature Ta suitable for forced regeneration (hereinafter, referred to as forced regeneration temperature Ta), and the particles collected by the collection filter 23 are collected. Substances are burned away with oxygen. As the forced regeneration temperature Ta, for example, a high temperature of 500 degrees or more can be exemplified. In this embodiment, when the exhaust gas temperature Tx is lower than the forced regeneration temperature Ta, the fuel is injected from the piping injection valve 21 to oxidize hydrocarbons by the oxidation catalyst device 22 and the oxidation reaction caused by the oxidation. The temperature of the exhaust gas G1 is raised by using heat.
連続再生においては、酸化触媒装置22で酸化生成される二酸化窒素の酸化分解能力を利用することで、捕集フィルタ23に捕集された粒子状物質を分解除去している。連続再生は、排気ガス温度Txを連続再生に適した温度帯(Td〜Tu)に維持すると共に、酸化触媒装置22における二酸化窒素の生成量を増加して、排気ガスG1に含まれる二酸化窒素の濃度を高濃度にする必要がある。 In the continuous regeneration, the particulate matter collected by the collection filter 23 is decomposed and removed by utilizing the oxidative decomposition ability of nitrogen dioxide generated by oxidation in the oxidation catalyst device 22. In the continuous regeneration, the exhaust gas temperature Tx is maintained in a temperature range (Td to Tu) suitable for continuous regeneration, and the amount of nitrogen dioxide generated in the oxidation catalyst device 22 is increased, so that the nitrogen dioxide contained in the exhaust gas G1 is increased. The concentration needs to be high.
連続再生に適した温度帯(Td〜Tu)は、下限値Tdから上限値Tuまでの範囲である。下限値Tdは、酸化触媒装置22が活性化すると共に二酸化窒素及び粒子状物質が酸化反応可能な値に設定されている。上限値Tuは、強制再生温度Ta以下の温度で、二酸化窒素が安定的に存在可能な温度に設定されている。温度帯としては、下限値Tdが250度(℃)、上限値が500度に設定されることが好ましく、下限値Tdが300度、上限値Tuが400度に設定されることがより好ましい。 The temperature range (Td to Tu) suitable for continuous regeneration is a range from the lower limit value Td to the upper limit value Tu. The lower limit value Td is set to a value at which the oxidation catalyst device 22 is activated and nitrogen dioxide and particulate matter can undergo an oxidation reaction. The upper limit value Tu is set to a temperature at which nitrogen dioxide can stably exist at a temperature equal to or lower than the forced regeneration temperature Ta. As the temperature zone, the lower limit value Td is preferably set to 250 degrees (° C.) and the upper limit value is preferably set to 500 degrees, more preferably the lower limit value Td is set to 300 degrees and the upper limit value Tu is set to 400 degrees.
なお、強制再生及び連続再生は、エンジン10の運転状態により自然発生的に生じる場合がある。例えば、エンジン10が高回転、高負荷の場合に排気ガス温度Txが強制再生温度Taに達した場合には強制再生が自然発生的に生じる。また、エンジン10が高回転、高負荷の場合でも、排気ガス温度Txが連続再生に適した温度帯(Td〜Tu)になり、排気ガスG1に二酸化窒素が含まれる環境下であれば連続再生が生じる場合もある。この実施形態において、強制再生及び連続再生とは、制御装置30により、意図的に配管用噴射弁21から燃料を噴射することで生じる場合を示している。 Note that forced regeneration and continuous regeneration may occur spontaneously depending on the operating state of the engine 10. For example, forced regeneration occurs spontaneously when the exhaust gas temperature Tx reaches the forced regeneration temperature Ta when the engine 10 is at a high speed and a high load. Further, even when the engine 10 is at a high speed and a high load, the exhaust gas temperature Tx is in a temperature range (Td to Tu) suitable for continuous regeneration, and continuous regeneration is performed in an environment where the exhaust gas G1 contains nitrogen dioxide. May occur. In this embodiment, forced regeneration and continuous regeneration indicate a case where the control device 30 intentionally injects fuel from the piping injection valve 21.
燃料噴射による強制再生の頻度が多くなると、燃費が悪化するおそれがある。そこで、この実施形態の排気ガス浄化システム20は、意図的に連続再生が生じる環境を作り出すことで、この強制再生を行う頻度を低下させている。具体的に、排気ガス浄化システム20は、制御装置30と各種センサとを備えて、捕集フィルタ23を再生する場合は、制御装置30により、配管用噴射弁21に間欠噴射を行わせて、排気ガス温度Txを連続再生に適した温度帯(Td〜Tu)に維持するように構成されている。 If the frequency of forced regeneration by fuel injection increases, the fuel consumption may deteriorate. Therefore, the exhaust gas purification system 20 of this embodiment reduces the frequency of performing this forced regeneration by creating an environment where intentional continuous regeneration occurs. Specifically, the exhaust gas purification system 20 includes a control device 30 and various sensors, and when the collection filter 23 is regenerated, the control device 30 causes the injection valve 21 for piping to perform intermittent injection, The exhaust gas temperature Tx is maintained in a temperature range (Td to Tu) suitable for continuous regeneration.
制御装置30は、配管用噴射弁21、還元剤噴射弁24、第一温度センサ31、差圧センサ32、第二温度センサ33、NOxセンサ34、及び第三温度センサ35に接続されている。制御装置30は、各種センサが取得した値に基づいて、配管用噴射弁21の燃料の噴射と、還元剤噴射弁24の尿素水の噴射とを調節する機能を有している。具体的に、制御装置30は、各種情報処理を行うCPU、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。 The control device 30 is connected to the piping injection valve 21, the reducing agent injection valve 24, the first temperature sensor 31, the differential pressure sensor 32, the second temperature sensor 33, the NOx sensor 34, and the third temperature sensor 35. The control device 30 has a function of adjusting the fuel injection of the piping injection valve 21 and the urea water injection of the reducing agent injection valve 24 based on values acquired by various sensors. Specifically, the control device 30 is hardware configured by a CPU that performs various information processing, an internal storage device that can read and write programs and information processing results used for performing the various information processing, and various interfaces. is there.
第一温度センサ31は、捕集フィルタ23における排気ガス温度Txを取得する温度取得装置として機能しており、捕集フィルタ23の入口と出口とのそれぞれに配置された温度センサから構成されている。第一温度センサ31は、捕集フィルタ23の入口を通過する排気ガスG1の温度と出口を通過する排気ガスG1の温度とを取得し、取得した温度の平均値を排気ガス温度Txとして出力している。なお、温度取得装置としては、捕集フィルタ23の入口を通過する排気ガスG1の温度のみを取得するセンサでもよく、捕集フィルタ23の出口を通過する排気ガスG1の温度のみを取得するセンサでもよい。また、排気ガス温度Txを直接的に取得するセンサの代わりに、エンジン10の回転速度及び気筒用噴射弁12から噴射されて気筒11の内部で燃焼する燃料の量や、酸化触媒装置22における酸化反応などに基づいて排気ガス温度Txをモデリングして予測する装置を用いてもよい。 The first temperature sensor 31 functions as a temperature acquisition device that acquires the exhaust gas temperature Tx in the collection filter 23, and is composed of temperature sensors arranged at the inlet and the outlet of the collection filter 23. . The first temperature sensor 31 acquires the temperature of the exhaust gas G1 that passes through the inlet of the collection filter 23 and the temperature of the exhaust gas G1 that passes through the outlet, and outputs the average value of the acquired temperatures as the exhaust gas temperature Tx. ing. The temperature acquisition device may be a sensor that acquires only the temperature of the exhaust gas G1 that passes through the inlet of the collection filter 23, or a sensor that acquires only the temperature of the exhaust gas G1 that passes through the outlet of the collection filter 23. Good. Further, instead of a sensor that directly acquires the exhaust gas temperature Tx, the rotational speed of the engine 10 and the amount of fuel injected from the cylinder injection valve 12 and combusted inside the cylinder 11, or the oxidation in the oxidation catalyst device 22. An apparatus that models and predicts the exhaust gas temperature Tx based on a reaction or the like may be used.
差圧センサ32は、捕集フィルタ23への粒子状物質の堆積量を推定可能な値を取得する装置として機能しており、具体的に、捕集フィルタ23の前後の差圧を取得している。 The differential pressure sensor 32 functions as a device that acquires a value that can estimate the amount of particulate matter deposited on the collection filter 23. Specifically, the differential pressure sensor 32 acquires the differential pressure before and after the collection filter 23. Yes.
第二温度センサ33は、選択的還元触媒装置25における浄化状態を推定可能な値を取得する装置として機能しており、具体的に、選択的還元触媒装置25における排気ガス温度を取得している。 The second temperature sensor 33 functions as a device that acquires a value by which the purification state in the selective reduction catalyst device 25 can be estimated, and specifically acquires the exhaust gas temperature in the selective reduction catalyst device 25. .
NOxセンサ34は、選択的還元触媒装置25を通過後の排気ガスG1に含まれる窒素酸化物の濃度を取得する装置として機能している。制御装置30は、NOxセンサ34が取得した値に基づいて、還元剤噴射弁24から噴射される尿素水の噴射量を調節している。 The NOx sensor 34 functions as a device that acquires the concentration of nitrogen oxides contained in the exhaust gas G1 after passing through the selective reduction catalyst device 25. The control device 30 adjusts the amount of urea water injected from the reducing agent injection valve 24 based on the value acquired by the NOx sensor 34.
第三温度センサ35は、選択的還元触媒装置25における浄化状態を推定可能な値を取得する装置として機能しており、具体的に、尿素水供給システムにおける尿素水温度を取得している。 The third temperature sensor 35 functions as a device that acquires a value capable of estimating the purification state in the selective reduction catalyst device 25, and specifically acquires the urea water temperature in the urea water supply system.
間欠噴射は、捕集フィルタ23の再生を開始してから終了するまでの間に、配管用噴射弁21から燃料が噴射される噴射期間Δt1と、配管用噴射弁21の燃料の噴射が停止する停止期間Δt2とが交互に連続する噴射形態である。具体的に、この実施形態の間欠噴射は、排気ガス温度Txが下限値Tdまで下降したときに、配管用噴射弁21から燃料を噴射して、排気ガス温度Txが上限値Tuまで上昇したときに、配管用噴射弁21からの燃料の噴射を停止する噴射形態である。 In the intermittent injection, between the start of regeneration of the collection filter 23 and the end thereof, the injection period Δt1 during which fuel is injected from the piping injection valve 21 and the fuel injection of the piping injection valve 21 are stopped. This is an injection mode in which the stop periods Δt2 are alternately continued. Specifically, in the intermittent injection of this embodiment, when the exhaust gas temperature Tx falls to the lower limit value Td, fuel is injected from the piping injection valve 21, and the exhaust gas temperature Tx rises to the upper limit value Tu. This is an injection mode in which the fuel injection from the piping injection valve 21 is stopped.
次に、排気ガス浄化システム20の制御方法について説明する。この制御方法は、制御装置30や各種センサが起動してから停止するまでの間に、所定の周期ごとに行われている。 Next, a control method of the exhaust gas purification system 20 will be described. This control method is performed every predetermined period from when the control device 30 and various sensors are activated to when they are stopped.
制御装置30は各種センサを介してパラメータを取得する(S110)。パラメータは、捕集フィルタ23の再生判断に要するパラメータである。この実施形態で、パラメータは、各種センサで取得した排気ガス温度Tx、捕集フィルタ23への粒子状物質の堆積量を推定可能な値、選択的還元触媒装置25における浄化状態を推定可能な値である。具体的に、堆積量を推定可能な値は、差圧センサ32が取得した捕集フィルタ23の前後の差圧である。浄化状態を推定可能な値は、第二温度センサ33が取得した選択的還元触媒装置25における排気ガス温度や、第三温度センサ35が取得した尿素水供給システムにおける尿素水温度などである。 The control device 30 acquires parameters via various sensors (S110). The parameter is a parameter required for judging the regeneration of the collection filter 23. In this embodiment, the parameters are values that can estimate the exhaust gas temperature Tx acquired by various sensors, the amount of particulate matter deposited on the collection filter 23, and the value that can estimate the purification state in the selective reduction catalyst device 25. It is. Specifically, the value by which the accumulation amount can be estimated is the differential pressure before and after the collection filter 23 acquired by the differential pressure sensor 32. Values that can estimate the purification state are the exhaust gas temperature in the selective reduction catalyst device 25 acquired by the second temperature sensor 33, the urea water temperature in the urea water supply system acquired by the third temperature sensor 35, and the like.
次いで、制御装置30は、排気ガス温度Txが連続再生に適した温度帯の下限値Tdを下回っているか否かを判定する(S120)。排気ガス温度Txが下限値Td以上の場合は、自然発生的な連続再生、あるいは強制再生が生じている。そこで、配管用噴射弁21から燃料を噴射していない状態で、排気ガス温度Txが下限値Tdを下回っている場合は、配管用噴射弁21から燃料を噴射する制御を行わずにスタートへ戻る。 Next, the control device 30 determines whether or not the exhaust gas temperature Tx is below a lower limit value Td of a temperature range suitable for continuous regeneration (S120). When the exhaust gas temperature Tx is equal to or higher than the lower limit value Td, spontaneous continuous regeneration or forced regeneration occurs. Therefore, when the fuel is not injected from the piping injection valve 21 and the exhaust gas temperature Tx is lower than the lower limit value Td, the control returns to the start without performing the control of injecting the fuel from the piping injection valve 21. .
次いで、制御装置30は、条件Aとして捕集フィルタ23の再生が必要か否かを判定する(S130)。具体的に、このステップでは、差圧センサ32が取得した捕集フィルタ23の前後の差圧が第一閾値を上回るか否かを判定する。この第一閾値は、捕集フィルタ23に粒子状物質が堆積することで増加する捕集フィルタ23における圧損により、燃費が悪化することを判定可能な値に設定されている。 Next, the control device 30 determines whether or not the collection filter 23 needs to be regenerated as the condition A (S130). Specifically, in this step, it is determined whether or not the differential pressure before and after the collection filter 23 acquired by the differential pressure sensor 32 exceeds a first threshold value. This first threshold value is set to a value that can determine that the fuel consumption deteriorates due to the pressure loss in the collection filter 23 that increases as particulate matter accumulates on the collection filter 23.
次いで、条件Aが成立する(YES)と、制御装置30は、条件Bとして捕集フィルタ23の再生において強制再生が必要化否かを判定する(S140)。具体的に、このステップでは、差圧センサ32が取得した捕集フィルタ23の前後の差圧が第二閾値を上回るか否かを判定する。この第二閾値は、第一閾値の状態よりも捕集フィルタ23に粒子状物質が堆積したことを判定可能な値に設定されている。 Next, when the condition A is satisfied (YES), the control device 30 determines whether or not forced regeneration is necessary in the regeneration of the collection filter 23 as the condition B (S140). Specifically, in this step, it is determined whether or not the differential pressure before and after the collection filter 23 acquired by the differential pressure sensor 32 exceeds a second threshold value. The second threshold value is set to a value that can determine that particulate matter has accumulated on the collection filter 23 more than the state of the first threshold value.
条件A、Bとしては、捕集フィルタ23の再生が必要か否か及び再生に強制再生が必要か否かを、つまり、粒子状物質の堆積量を判定できればよく、差圧センサ32の代わりに、例えば、排気ガスG1に含まれる粒子状物質を測定するPMセンサを用いてもよい。また、エンジン10の回転速度や燃料噴射量などから粒子状物質の堆積量をモデリングしてもよい。 As conditions A and B, it suffices to determine whether or not the regeneration of the collection filter 23 is necessary and whether or not forced regeneration is necessary for regeneration, that is, the amount of particulate matter deposited can be determined. For example, a PM sensor that measures particulate matter contained in the exhaust gas G1 may be used. Alternatively, the amount of particulate matter deposited may be modeled from the rotational speed of the engine 10 or the fuel injection amount.
排気ガス温度Txが下限値Tdを下回り(S120:YES)、条件Aが成立(S130:YES)、条件Bが成立(S140:YES)の場合に、制御装置30は、強制再生を行う(S150)。上述したとおり、強制再生においては、第一温度センサ31の取得した排気ガス温度Txに基づいて、配管用噴射弁21から噴射される燃料の噴射量を調節して、排気ガス温度Txを強制再生に適した温度(例えば、500度以上)に昇温している。 When the exhaust gas temperature Tx falls below the lower limit value Td (S120: YES), the condition A is satisfied (S130: YES), and the condition B is satisfied (S140: YES), the control device 30 performs forced regeneration (S150). ). As described above, in the forced regeneration, the exhaust gas temperature Tx is forcibly regenerated by adjusting the injection amount of fuel injected from the piping injection valve 21 based on the exhaust gas temperature Tx acquired by the first temperature sensor 31. The temperature is raised to a temperature suitable for (for example, 500 ° C. or more).
一方、排気ガス温度Txが下限値Tdを下回り(S120:YES)、条件Aが成立(S130:YES)、条件Bが不成立(S140:NO)の場合に、制御装置30は、連続再生を行う。具体的に、捕集フィルタ23の再生が必要な状況のうちの強制再生を行う必要がない状況、つまり、再生が必要であるが粒子状物質の堆積量が比較的に少ない状況の場合に、制御装置30は、連続再生を行う。 On the other hand, when the exhaust gas temperature Tx falls below the lower limit value Td (S120: YES), the condition A is satisfied (S130: YES), and the condition B is not satisfied (S140: NO), the control device 30 performs continuous regeneration. . Specifically, in the situation where the regeneration of the collection filter 23 is not necessary, the situation where the forced regeneration is not necessary, that is, the situation where regeneration is necessary but the amount of accumulated particulate matter is relatively small, The control device 30 performs continuous reproduction.
次いで、制御装置30は、条件Cとして捕集フィルタ23の再生を終了するか否かを判定する(S160)。具体的に、このステップでは、捕集フィルタ23の前後の差圧が第三閾値を上回るか否かを判定する。この第三閾値は、条件Aにおける第一閾値よりも低い値に設定されていて、捕集フィルタ23が再生されたことを判定可能な値に設定されている。 Next, the control device 30 determines whether or not to end the regeneration of the collection filter 23 as the condition C (S160). Specifically, in this step, it is determined whether or not the differential pressure before and after the collection filter 23 exceeds a third threshold value. The third threshold value is set to a value lower than the first threshold value in the condition A, and is set to a value that can determine that the collection filter 23 has been regenerated.
このようにして、捕集フィルタ23が再生されるとスタートへ戻る。 Thus, when the collection filter 23 is regenerated, the process returns to the start.
図3に例示するように、連続再生を行う場合に、制御装置30は、フィルタ再生の開始から終了まで、配管用噴射弁21に燃料が噴射される噴射期間Δt1と燃料の噴射が停止される停止期間Δt2とを繰り返す間欠噴射を行わせる。 As illustrated in FIG. 3, when performing continuous regeneration, the control device 30 stops the injection period Δt1 during which fuel is injected into the piping injection valve 21 and fuel injection from the start to the end of filter regeneration. The intermittent injection that repeats the stop period Δt2 is performed.
具体的に、制御装置30は、排気ガス温度Txが下限値Td以下になったか否かを判定する(S210)。排気ガス温度Txが下限値Td以下になったと判定すると、制御装置30は、配管用噴射弁21に燃料を噴射させる指示を出し、配管用噴射弁21が燃料を噴射する(S220)。このときの燃料の噴射量Qxは、エンジン本体13から排出された排気ガス温度に基づいて調節するとよい。例えば、予め実験や試験により、下限値Tdから上限値Tuまで上昇可能な噴射量Qxとエンジン本体13から排出された排気ガス温度との関係を示すマップデータを作成しておき、そのマップデータに基づいて調節するとよい。 Specifically, the control device 30 determines whether or not the exhaust gas temperature Tx is equal to or lower than the lower limit value Td (S210). When it is determined that the exhaust gas temperature Tx has become equal to or lower than the lower limit value Td, the control device 30 issues an instruction to inject fuel into the piping injection valve 21, and the piping injection valve 21 injects fuel (S220). The fuel injection amount Qx at this time may be adjusted based on the exhaust gas temperature discharged from the engine body 13. For example, map data indicating the relationship between the injection amount Qx that can be increased from the lower limit value Td to the upper limit value Tu and the exhaust gas temperature exhausted from the engine body 13 is created in advance by experiments and tests. Adjust based on.
制御装置30は、排気ガス温度Txが上限値Tu以上になったか否かを判定する(S230)。排気ガス温度Txが上限値Tu以上になったと判定すると、制御装置30は、配管用噴射弁21に燃料の噴射を停止させる指示を出し、配管用噴射弁21が燃料の噴射を停止する(S240)。 The control device 30 determines whether or not the exhaust gas temperature Tx is equal to or higher than the upper limit value Tu (S230). When it is determined that the exhaust gas temperature Tx has become equal to or higher than the upper limit value Tu, the control device 30 instructs the piping injection valve 21 to stop fuel injection, and the piping injection valve 21 stops fuel injection (S240). ).
制御装置30は、排気ガス温度Txが下限値Tdを上回り、且つ上限値Tuを下回る場合に、配管用噴射弁21に指示を出さずに、配管用噴射弁21の噴射状態を維持する(S250)。 When the exhaust gas temperature Tx exceeds the lower limit value Td and falls below the upper limit value Tu, the control device 30 maintains the injection state of the pipe injection valve 21 without giving an instruction to the pipe injection valve 21 (S250). ).
以上のように、連続再生では、条件Cが成立するまで、つまり、捕集フィルタ23の再生が開始してから終了するまでの間に、配管用噴射弁21から燃料が噴射される噴射期間Δt1と、配管用噴射弁21の燃料の噴射が停止する停止期間Δt2とが交互に連続する噴射形態である間欠噴射が行われる。 As described above, in the continuous regeneration, the injection period Δt1 in which the fuel is injected from the piping injection valve 21 until the condition C is satisfied, that is, until the regeneration of the collection filter 23 is started and ended. And intermittent injection, which is an injection mode in which the stop period Δt2 in which the fuel injection of the piping injection valve 21 stops, is alternately continued.
図4に例示するように、時間t0で連続再生が開始されると、時間t0から時間t1までは、配管用噴射弁21が燃料を噴射して、排気ガス温度Txを上限値Tuまで昇温する。この期間は、酸化触媒装置22に高濃度の燃料が共存する環境下のため、二酸化窒素の生成量は増加せずに、二酸化窒素の濃度は低濃度Cdに維持される。 As illustrated in FIG. 4, when continuous regeneration is started at time t0, from time t0 to time t1, the piping injection valve 21 injects fuel and raises the exhaust gas temperature Tx to the upper limit value Tu. To do. During this period, since the high-concentration fuel coexists in the oxidation catalyst device 22, the amount of nitrogen dioxide produced does not increase, and the nitrogen dioxide concentration is maintained at a low concentration Cd.
次いで、時間t1で排気ガス温度Txが上限値Tuに達すると、時間t1から時間t2までの停止期間Δt2では、配管用噴射弁21が燃料の噴射を停止して、排気ガス温度Txを下限値Tdまで降温する。 Next, when the exhaust gas temperature Tx reaches the upper limit value Tu at time t1, in the stop period Δt2 from time t1 to time t2, the pipe injection valve 21 stops fuel injection, and the exhaust gas temperature Tx is set to the lower limit value. The temperature is lowered to Td.
この停止期間Δt2の間は、酸化触媒装置22に燃料が共存しない環境下のため、酸化触媒装置22における一酸化窒素の酸化反応が促進されて二酸化窒素の生成量が増加して、排気ガスG1に含まれる二酸化窒素の濃度が低濃度Cdから高濃度Cuまで濃くなる。それ故、停止期間Δt2の間は、捕集フィルタ23において二酸化窒素による粒子状物質の酸化分解速度が速くなり、粒子状物質が除去される。 During this stop period Δt2, since the fuel is not coexisting with the oxidation catalyst device 22, the oxidation reaction of nitrogen monoxide in the oxidation catalyst device 22 is promoted to increase the amount of nitrogen dioxide generated, and the exhaust gas G1 The concentration of nitrogen dioxide contained in is increased from a low concentration Cd to a high concentration Cu. Therefore, during the stop period Δt2, the oxidative decomposition rate of the particulate matter by nitrogen dioxide is increased in the collection filter 23, and the particulate matter is removed.
次いで、時間t2で排気ガス温度Txが下限値Tdに達すると、時間t2から時間t3までの噴射期間Δt1では、配管用噴射弁21が燃料を噴射して、排気ガス温度Txを上限値Tuまで昇温する。この噴射期間Δt1の間は、酸化触媒装置22に高濃度の燃料が共存する環境下のため、二酸化窒素の生成量は増加せずに、二酸化窒素の濃度は低濃度Cdに維持される。 Next, when the exhaust gas temperature Tx reaches the lower limit value Td at time t2, in the injection period Δt1 from time t2 to time t3, the pipe injection valve 21 injects fuel, and the exhaust gas temperature Tx reaches the upper limit value Tu. Raise the temperature. During the injection period Δt1, since the high concentration fuel coexists in the oxidation catalyst device 22, the amount of generated nitrogen dioxide does not increase and the concentration of nitrogen dioxide is maintained at the low concentration Cd.
このように、連続再生が終了するまで、噴射期間Δt1と停止期間Δt2とが繰り返す間欠噴射が行われることで、酸化触媒装置22に高濃度の燃料が共存する環境と燃料が共存しない環境との二つの環境を意図的に交互に作り出している。 In this way, by performing intermittent injection in which the injection period Δt1 and the stop period Δt2 are repeated until the continuous regeneration is completed, an environment in which high concentration fuel coexists in the oxidation catalyst device 22 and an environment in which fuel does not coexist are established. The two environments are intentionally created alternately.
それ故、高濃度の燃料が共存する環境下では、酸化触媒装置22での燃料の酸化により生じた酸化反応熱を利用して排気ガス温度Txを上昇することができる。また、酸化触媒装置22に高濃度の燃料が共存しない環境下では、排気ガス温度Txが下降する一方で、酸化触媒装置22における二酸化窒素の生成量を増加して排気ガスG1に含有される二酸化窒素を高濃度にできる。 Therefore, in an environment where high-concentration fuel coexists, the exhaust gas temperature Tx can be raised using the oxidation reaction heat generated by the oxidation of the fuel in the oxidation catalyst device 22. Further, in an environment where high-concentration fuel does not coexist in the oxidation catalyst device 22, the exhaust gas temperature Tx decreases, while the amount of nitrogen dioxide generated in the oxidation catalyst device 22 is increased to be contained in the exhaust gas G 1. Nitrogen can be concentrated.
これにより、排気ガス温度Txを連続再生に適した温度帯(Td〜Tu)に維持すると共に二酸化窒素濃度を濃くすることで、連続再生による捕集フィルタ23における粒子状物質の酸化除去率の向上には有利になり、強制再生の代わりに連続再生を用いることが可能になる。これに伴って、燃料噴射による強制再生の頻度を低下して、捕集フィルタ23の再生に要する燃料消費量を削減することができ、燃費を向上することができる。 As a result, the exhaust gas temperature Tx is maintained in a temperature range (Td to Tu) suitable for continuous regeneration and the nitrogen dioxide concentration is increased, thereby improving the particulate matter oxidation removal rate in the collection filter 23 by continuous regeneration. And it is possible to use continuous regeneration instead of forced regeneration. Along with this, the frequency of forced regeneration by fuel injection can be reduced, the amount of fuel consumption required for regeneration of the collection filter 23 can be reduced, and fuel consumption can be improved.
図5に例示するように、排気ガス温度Txが高くなる程、粒子状物質の酸化分解速度が速くなる。また、二酸化窒素の濃度が濃くなる程、粒子状物質の酸化分解速度が速くなる。つまり、連続再生により粒子状物質の除去を効果的に行うには、排気ガス温度Txを高く維持すると共に、二酸化窒素の濃度を濃くすることが必要になる。 As illustrated in FIG. 5, the higher the exhaust gas temperature Tx, the faster the oxidative decomposition rate of the particulate matter. Further, the higher the concentration of nitrogen dioxide, the faster the oxidative decomposition rate of the particulate matter. That is, in order to effectively remove particulate matter by continuous regeneration, it is necessary to keep the exhaust gas temperature Tx high and to increase the concentration of nitrogen dioxide.
図6に例示するように、酸化触媒装置22に高濃度の燃料が共存する環境下では、高濃度の燃料が共存しない環境下に比して二酸化窒素の濃度が薄くなる。また、排気ガス温度Txが下限値Tdを下回る場合は、酸化触媒装置22が活性化していないため、二酸化窒素の濃度が薄くなる。加えて、排気ガス温度Txが上限値Tuを上回る場合は、二酸化窒素が一酸化窒素に戻る反応が促進されるため、二酸化窒素の濃度が薄くなる。 As illustrated in FIG. 6, in an environment where high concentration fuel coexists in the oxidation catalyst device 22, the concentration of nitrogen dioxide becomes lower than in an environment where high concentration fuel does not coexist. Further, when the exhaust gas temperature Tx is lower than the lower limit value Td, the oxidation catalyst device 22 is not activated, so that the concentration of nitrogen dioxide is reduced. In addition, when the exhaust gas temperature Tx exceeds the upper limit value Tu, the reaction of returning nitrogen dioxide to nitrogen monoxide is promoted, so that the concentration of nitrogen dioxide decreases.
このように、効果的な連続再生を目的とした排気ガス温度維持と二酸化窒素濃度の高濃度化とは相反するものである。これに関して、排気ガス浄化システム20では、配管用噴射弁21に間欠噴射を行わせて、排気ガス温度Txを連続再生に適した温度帯(Td〜Tu)に維持することで、排気ガス温度維持と二酸化窒素濃度の高濃度化とを両立することができる。 Thus, maintaining the exhaust gas temperature for the purpose of effective continuous regeneration is contrary to increasing the concentration of nitrogen dioxide. In this regard, the exhaust gas purification system 20 maintains the exhaust gas temperature by causing the pipe injection valve 21 to perform intermittent injection and maintaining the exhaust gas temperature Tx in a temperature range (Td to Tu) suitable for continuous regeneration. And a high concentration of nitrogen dioxide can be achieved.
連続再生を行う場合は、エンジン本体13から排出される排気ガスG1に含まれる窒素酸化物の排出量を増加する制御を行ってもよい。この排出量を増加する制御としては、インジェクタ12から噴射される燃料の噴射量や噴射タイミングを変更して、気筒11で高温状態、高酸素状態で燃焼するようにする制御が例示できる。 When performing continuous regeneration, control may be performed to increase the emission amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas G1 discharged from the engine body 13. Examples of the control for increasing the discharge amount include control for changing the injection amount and injection timing of the fuel injected from the injector 12 so that the cylinder 11 burns in a high temperature state and a high oxygen state.
なお、排出量を増加する制御を行う場合は、捕集フィルタ23で反応し切れなかった二酸化窒素に対して対処する必要がある。そこで、選択的還元触媒装置25において窒素酸化物を還元可能な状態の場合に、連続再生を行うようにするとよい。選択的還元触媒装置25で窒素酸化物を還元可能な状態とは、第二温度センサ33が取得した選択的還元触媒装置25における排気ガス温度が、還元剤噴射弁24から噴射された尿素水がアンモニアに加水分解可能な温度に維持されている状態である。また、第三温度センサ35が取得し
た尿素水温度が、尿素水が解凍する温度になった状態であり、還元剤噴射弁24から尿素水が噴射可能な状態である。具体的に、第二温度センサ33が取得した温度が閾値以上か否かを判定したり、還元剤噴射弁24から尿素水を噴射可能か否かを判定したりする。この他に、選択的還元触媒装置25における浄化状態が窒素酸化物を還元可能な状態か否かを判定できればよく、例えば、NOxセンサ34で取得した窒素酸化物の濃度を用いたり、尿素水ポンプ28bの周辺の配管の温度を用いたりしてもよい。このようにすることで、捕集フィルタ23で粒子状物質と反応せずに通過した二酸化窒素を選択的還元触媒装置25で還元して、二酸化窒素が外部へ排出されることを防止することができる。また、選択的還元触媒装置25において窒素酸化物を還元可能な状態か否かの判定を図2に示すフローに追加してもよい。
In addition, when performing control which increases discharge | emission amount, it is necessary to cope with the nitrogen dioxide which did not react with the collection filter 23 completely. Therefore, continuous regeneration may be performed when the selective reduction catalyst device 25 is capable of reducing nitrogen oxides. The state in which the selective reduction catalyst device 25 can reduce nitrogen oxides means that the exhaust gas temperature in the selective reduction catalyst device 25 acquired by the second temperature sensor 33 is the urea water injected from the reducing agent injection valve 24. The temperature is maintained at a temperature capable of hydrolyzing to ammonia. Further, the urea water temperature acquired by the third temperature sensor 35 is in a state where the urea water becomes a temperature at which the urea water is thawed, and the urea water can be injected from the reducing agent injection valve 24. Specifically, it is determined whether or not the temperature acquired by the second temperature sensor 33 is equal to or higher than a threshold value, or whether or not urea water can be injected from the reducing agent injection valve 24. In addition to this, it is only necessary to determine whether the purification state in the selective reduction catalyst device 25 is a state in which nitrogen oxides can be reduced. For example, the concentration of nitrogen oxides acquired by the NOx sensor 34 can be used, or the urea water pump The temperature of the piping around 28b may be used. By doing in this way, it is possible to reduce the nitrogen dioxide that has passed through the collection filter 23 without reacting with the particulate matter by the selective reduction catalyst device 25 and prevent the nitrogen dioxide from being discharged to the outside. it can. Moreover, you may add to the flow shown in FIG. 2 whether the selective reduction catalyst apparatus 25 is a state which can reduce | restore nitrogen oxides.
図7に例示するように、第二実施形態の排気ガス浄化システム20は、第一実施形態に対して、タイマー36を備えていて、タイマー36のカウントに基づいて間欠噴射を制御している。 As illustrated in FIG. 7, the exhaust gas purification system 20 of the second embodiment includes a timer 36 with respect to the first embodiment, and controls intermittent injection based on the count of the timer 36.
タイマー36は、噴射期間Δt1と停止期間Δt2とを交互に連続してカウントする装置である。なお、制御装置30がタイマー36として機能する機能要素を有していてもよい。 The timer 36 is a device that counts the injection period Δt1 and the stop period Δt2 alternately and continuously. Note that the control device 30 may have a functional element that functions as the timer 36.
噴射期間Δt1は、排気ガス温度Txが下限値Tdから上限値Tuまで昇温する期間であり、配管用噴射弁21から噴射される燃料の噴射量Qxに基づいて設定される。例えば、予め実験や試験により噴射期間Δt1と噴射量Qxとの関係を示すマップデータを作成しておき、そのマップデータに基づいて噴射期間Δt1を設定するとよい。 The injection period Δt1 is a period in which the exhaust gas temperature Tx rises from the lower limit value Td to the upper limit value Tu, and is set based on the fuel injection amount Qx injected from the piping injection valve 21. For example, map data indicating the relationship between the injection period Δt1 and the injection amount Qx may be created in advance by experiments or tests, and the injection period Δt1 may be set based on the map data.
停止期間Δt2は、排気ガス温度Txが上限値Tuから下限値Tdまで降温する期間であり、エンジン本体13から排出される排気ガス温度に基づいて設定される。例えば、予め実験や試験により停止期間Δt2と排気ガス温度との関係を示すマップデータを作成しておき、そのマップデータに基づいて停止期間Δt2を設定するとよい。 The stop period Δt2 is a period during which the exhaust gas temperature Tx falls from the upper limit value Tu to the lower limit value Td, and is set based on the exhaust gas temperature discharged from the engine body 13. For example, map data indicating the relationship between the stop period Δt2 and the exhaust gas temperature may be created in advance by experiments or tests, and the stop period Δt2 may be set based on the map data.
停止期間Δt2は、噴射期間Δt1よりも長時間に設定することが望ましい。このように、停止期間Δt2を長時間にすることで、酸化触媒装置22における二酸化窒素の生成量の増加には有利になる。 The stop period Δt2 is desirably set longer than the injection period Δt1. Thus, by making the stop period Δt2 long, it is advantageous for increasing the amount of nitrogen dioxide generated in the oxidation catalyst device 22.
図8に例示するように、連続再生を行う場合に、制御装置30は、排気ガス温度Txを下限値Tdまで昇温する(S230、S310)。次いで、排気ガス温度Txが下限値Td以上になると、フラグが「0」か「1」かに基づいて、燃料の噴射、燃料の噴射の停止を決定する(S320)。 As illustrated in FIG. 8, when performing continuous regeneration, the control device 30 raises the exhaust gas temperature Tx to the lower limit value Td (S230, S310). Next, when the exhaust gas temperature Tx is equal to or higher than the lower limit value Td, fuel injection and fuel injection stop are determined based on whether the flag is “0” or “1” (S320).
フラグが「0」の場合に、制御装置30は、タイマー36が噴射期間Δt1をカウントしている間に、配管用噴射弁21から燃料を噴射して、フラグを「1」にする(S230、S330、S340、S350)。フラグが「1」の場合に、制御装置30は、タイマー36が停止期間Δt2をカウントしている間に、配管用噴射弁21からの燃料の噴射を停止して、フラグを「0」にする(S240、S330、S360、S370)。以上の条件Cが成立するまで繰り返す。 When the flag is “0”, the control device 30 injects fuel from the piping injection valve 21 while the timer 36 counts the injection period Δt1 and sets the flag to “1” (S230, S330, S340, S350). When the flag is “1”, the control device 30 stops the fuel injection from the piping injection valve 21 and sets the flag to “0” while the timer 36 counts the stop period Δt2. (S240, S330, S360, S370). Repeat until the above condition C is satisfied.
このように、排気ガス温度Txに代えてタイマー36のカウントに基づいても、噴射期間Δt1と停止期間Δt2とが繰り返す間欠噴射を行うことで、酸化触媒装置22に高濃度の燃料が共存する環境と燃料が共存しない環境との二つの環境を意図的に交互に作り出すことができる。 As described above, even if based on the count of the timer 36 instead of the exhaust gas temperature Tx, by performing intermittent injection in which the injection period Δt1 and the stop period Δt2 are repeated, an environment in which high-concentration fuel coexists in the oxidation catalyst device 22 is obtained. And the environment where fuel does not coexist can be intentionally created alternately.
既述した実施形態では、排気ガスG1に燃料を添加する燃料添加装置として配管用噴射弁21を用いた例を説明したが、配管用噴射弁21の代わりに、気筒用噴射弁12を用いてもよい。気筒用噴射弁12を燃料添加装置として用いる場合は、気筒用噴射弁12からポスト噴射により排気ガスG1に燃料を添加する。このように、燃料添加装置としては、排気ガスG1が酸化触媒装置22まで到達するまでの間に燃料を添加できればよく、例えば、配管用噴射弁21をエキゾーストマニホールド14の各ポートに設けてもよい。 In the above-described embodiment, the example in which the pipe injection valve 21 is used as the fuel addition device for adding fuel to the exhaust gas G1 has been described. However, instead of the pipe injection valve 21, the cylinder injection valve 12 is used. Also good. When the cylinder injection valve 12 is used as a fuel addition device, fuel is added from the cylinder injection valve 12 to the exhaust gas G1 by post injection. As described above, the fuel adding device only needs to be able to add fuel until the exhaust gas G1 reaches the oxidation catalyst device 22. For example, the piping injection valve 21 may be provided at each port of the exhaust manifold 14. .
排気ガス温度Txを上昇する際に、配管用噴射弁21からの燃料の噴射に加えて、配管用噴射弁21が噴射するタイミングで、気筒用噴射弁12からアフター噴射を行うようにしてもよい。 When the exhaust gas temperature Tx is increased, in addition to fuel injection from the pipe injection valve 21, after injection from the cylinder injection valve 12 may be performed at a timing at which the pipe injection valve 21 injects. .
また、エンジン10が排気通路15から図示しない吸気通路に排気ガスG1をEGRガスとして還流するEGRシステムを備えている場合は、連続再生を行うときに、EGRガスの還流する量を低減するとよい。特に、停止期間Δt2の間に、EGRガスの還流する量を低減するとよい。これにより、酸化触媒装置22における二酸化窒素の生成量の増加には有利になる。 Further, when the engine 10 includes an EGR system that recirculates the exhaust gas G1 as EGR gas from the exhaust passage 15 to an intake passage (not shown), the amount of EGR gas that is recirculated may be reduced during continuous regeneration. In particular, it is preferable to reduce the amount of EGR gas that is recirculated during the stop period Δt2. This is advantageous for increasing the amount of nitrogen dioxide produced in the oxidation catalyst device 22.
既述した実施形態では、強制再生と連続再生とを条件に応じて切り換える例を説明したが、連続再生で十分に粒子状物質を除去して捕集フィルタ23を再生可能な場合は、強制再生を行わないように構成してもよい。つまり、第二閾値をより大きい値に設定することで、強制再生の頻度の低減には有利になる。 In the above-described embodiment, an example in which forced regeneration and continuous regeneration are switched according to conditions has been described. However, when the collection filter 23 can be regenerated by sufficiently removing particulate matter by continuous regeneration, forced regeneration is performed. You may comprise so that it may not perform. That is, setting the second threshold value to a larger value is advantageous for reducing the frequency of forced regeneration.
10 エンジン
15 排気通路
20 排気ガス浄化システム
21 配管用噴射弁
22 酸化触媒装置
23 捕集フィルタ
30 制御装置
31 第一温度センサ
Td 下限値
Tu 上限値
Δt1 噴射期間
Δt2 停止期間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine 15 Exhaust passage 20 Exhaust gas purification system 21 Injection valve 22 for piping Oxidation catalyst device 23 Collection filter 30 Control device 31 First temperature sensor Td Lower limit value Tu Upper limit value Δt1 Injection period Δt2 Stop period
Claims (6)
前記捕集フィルタにおける排気ガス温度を取得する温度取得装置と、この温度取得装置及び前記燃料添加装置に接続された制御装置と、を備えて、
前記捕集フィルタにより捕集された粒子状物質を除去するフィルタ再生を行う場合は、前記温度取得装置が取得した前記排気ガス温度が前記捕集フィルタで捕集された粒子状物質を二酸化窒素により分解除去する連続再生に適した温度帯の下限値を下回るときに、前記制御装置により、前記フィルタ再生の開始から終了まで、燃料が噴射される噴射期間と燃料の噴射が停止される停止期間とを繰り返す間欠噴射を前記燃料添加装置に行わせて、取得した前記排気ガス温度を、前記連続再生に適した温度帯に維持する構成にしたことを特徴とする排気ガス浄化システム。 A fuel addition device for adding fuel to the exhaust gas in order from the upstream side to the downstream side with respect to the flow of the exhaust gas in the exhaust passage through which the exhaust gas discharged from the engine passes, and the fuel and nitrogen oxidation contained in the exhaust gas In an exhaust gas purification system in which an oxidation catalyst device that oxidizes matter and a collection filter that collects particulate matter contained in exhaust gas are arranged,
A temperature acquisition device for acquiring the exhaust gas temperature in the collection filter, and a control device connected to the temperature acquisition device and the fuel addition device,
When performing filter regeneration to remove particulate matter collected by the collection filter, the exhaust gas temperature acquired by the temperature acquisition device is converted to nitrogen dioxide by collecting the particulate matter collected by the collection filter. When the temperature falls below the lower limit value of the temperature range suitable for continuous regeneration to be decomposed and removed, the control device causes an injection period during which fuel is injected and a stop period during which fuel injection is stopped from the start to the end of the filter regeneration. The exhaust gas purification system is configured to cause the fuel addition device to perform intermittent injection repeatedly to maintain the acquired exhaust gas temperature in a temperature range suitable for the continuous regeneration.
前記制御装置により、そのタイマーが前記噴射期間をカウントしている間は、前記燃料添加装置から燃料を噴射して、そのタイマーが前記停止期間をカウントしている間は、前記燃料添加装置からの燃料の噴射を停止する構成にした請求項2に記載の排気ガス浄化システム。 A timer for counting the injection period and the stop period alternately and continuously;
While the timer counts the injection period, the controller injects fuel from the fuel addition apparatus, and while the timer counts the stop period, from the fuel addition apparatus. The exhaust gas purification system according to claim 2, wherein the fuel injection is stopped.
前記捕集フィルタにより捕集された粒子状物質を除去するフィルタ再生を行う場合は、前記捕集フィルタにおける排気ガス温度を取得し、
取得したその排気ガス温度が前記捕集フィルタで捕集された粒子状物質を二酸化窒素により酸化分解する連続再生に適した温度帯の下限値を下回るときに、
前記フィルタ再生の開始から終了まで、燃料が噴射される噴射期間と燃料の噴射が停止される停止期間とを繰り返す間欠噴射を前記燃料添加装置に行わせて、取得した前記排気ガス温度を、前記連続再生に適した温度帯に維持することを特徴とする排気ガス浄化システムの制御方法。 A fuel addition device for adding fuel to the exhaust gas in order from the upstream side to the downstream side with respect to the flow of the exhaust gas in the exhaust passage through which the exhaust gas discharged from the engine passes, and the fuel and nitrogen oxidation contained in the exhaust gas In a control method of an exhaust gas purification system in which an oxidation catalyst device that oxidizes matter and a collection filter that collects particulate matter contained in exhaust gas are arranged,
When performing filter regeneration to remove particulate matter collected by the collection filter, obtain the exhaust gas temperature in the collection filter,
When the obtained exhaust gas temperature is below the lower limit value of the temperature range suitable for continuous regeneration in which the particulate matter collected by the collection filter is oxidized and decomposed by nitrogen dioxide,
From the start to the end of the filter regeneration, the fuel addition device performs intermittent injection that repeats an injection period in which fuel is injected and a stop period in which fuel injection is stopped, and the acquired exhaust gas temperature is A control method for an exhaust gas purification system, characterized by maintaining a temperature range suitable for continuous regeneration.
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---|---|---|---|---|
JP2005098184A (en) * | 2003-09-24 | 2005-04-14 | Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp | Exhaust emission control device of internal combustion engine |
JP2014507592A (en) * | 2011-01-31 | 2014-03-27 | スカニア シーブイ アクチボラグ | Particulate filter regeneration method and system |
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- 2016-12-08 JP JP2016238502A patent/JP2018096210A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005098184A (en) * | 2003-09-24 | 2005-04-14 | Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp | Exhaust emission control device of internal combustion engine |
JP2014507592A (en) * | 2011-01-31 | 2014-03-27 | スカニア シーブイ アクチボラグ | Particulate filter regeneration method and system |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7497279B2 (en) | 2020-11-11 | 2024-06-10 | 日野自動車株式会社 | Exhaust purification equipment |
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