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技術 内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法

出願人 いすゞ自動車株式会社
発明者 大堀鉄平
出願日 2016年6月14日 (4年5ヶ月経過) 出願番号 2016-117651
公開日 2017年12月21日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2017-223134
状態 特許登録済
技術分野 廃ガス処理 排気の後処理 吸着による気体の分離 触媒による排ガス処理
主要キーワード アンモニア濃度センサ 吸着除去装置 ゼオライト様 推定算出 流路切替装置 流量調整装置 多層触媒 尿素水供給ポンプ
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図面 (8)

課題

選択還元型触媒装置を通過後の排気ガスに含まれるアンモニアNOx浄化性能を維持しながら浄化処理することができる内燃機関排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供する。

解決手段

選択還元型触媒装置14より下流側の排気通路11に、アンモニア吸着除去装置30を有する分岐通路31を排気通路11に並行して備えるとともに、排気ガスGの流れを排気通路11と分岐通路31の間で切り替え流路切替装置32を備えて、アンモニア吸着除去装置30より下流側の排気通路11を通過する排気ガスGに含まれるアンモニアの濃度Dが第1設定濃度閾値D1以上であるときに、流路切替装置32を制御して、排気ガスGの流れを排気通路11から分岐通路31に切り替える。

概要

背景

ディーゼルエンジン排気通路には、選択還元型触媒装置SCR)より下流側の排気通路に流出したアンモニア大気への放出を防止するために、アンモニアスリップ触媒装置(ASC)が備えられることがある。

このアンモニアスリップ触媒装置は、白金(Pt)等の貴金属触媒担持して、この貴金属触媒の機能によりアンモニアを無害窒素(N2)に化学変化させる装置である。しかしながら、触媒の温度によっては、アンモニアを窒素にだけではなく窒素酸化物(NOx)や亜酸化窒素(N2O)に化学変化させる虞があり、排気ガス浄化システム全体としてのNOx浄化性能を低下させる虞があった。

また、このアンモニアスリップ触媒として、リッチバーン排ガスからのアンモニア排出を減少させるために、少なくとも1種の遷移金属を担持する小細孔モレキュラーシーブから成る第1触媒層白金族金属を含む第2触媒層とを含む多層触媒が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

概要

選択還元型触媒装置を通過後の排気ガスに含まれるアンモニアをNOx浄化性能を維持しながら浄化処理することができる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供する。選択還元型触媒装置14より下流側の排気通路11に、アンモニア吸着除去装置30を有する分岐通路31を排気通路11に並行して備えるとともに、排気ガスGの流れを排気通路11と分岐通路31の間で切り替え流路切替装置32を備えて、アンモニア吸着除去装置30より下流側の排気通路11を通過する排気ガスGに含まれるアンモニアの濃度Dが第1設定濃度閾値D1以上であるときに、流路切替装置32を制御して、排気ガスGの流れを排気通路11から分岐通路31に切り替える。

目的

本発明の目的は、選択還元型触媒装置を通過後の排気ガスに含まれるアンモニアをNOx浄化性能を維持しながら浄化処理することができる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供する

効果

実績

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請求項1

内燃機関排気通路選択還元型触媒装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記選択還元型触媒装置より下流側の前記排気通路に、アンモニア吸着除去装置を有する分岐通路を前記排気通路に並行して備え、排気ガスの流れを前記排気通路と前記分岐通路の間で切り替え流路切替装置を備えるとともに、前記アンモニア吸着除去装置より下流側の前記排気通路にアンモニア濃度検出装置を備えて、前記排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、前記アンモニア濃度検出装置の検出値が予め設定された第1設定濃度閾値以上であるときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記排気通路から前記分岐通路に切り替える制御を行うように構成される内燃機関の排気ガス浄化システム。

請求項2

前記アンモニア吸着除去装置を、排気ガスに含まれるアンモニアを吸着するアンモニア吸着部と、該アンモニア吸着部より脱離したアンモニアを低酸素雰囲気化で窒素及び水素に分解するアンモニア分解部と、前記アンモニア吸着部及び前記アンモニア分解部を加熱する加熱部とで構成される請求項1に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。

請求項3

前記制御装置が、前記アンモニア濃度検出装置の検出値が前記第1設定濃度閾値未満で、かつ、前記アンモニア吸着部へのアンモニアの吸着量が予め設定された設定吸着量閾値以上であるときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記分岐通路から前記排気通路に切り替えて、前記アンモニア吸着除去装置への排気ガスの流入を停止するとともに、前記加熱部により前記アンモニア吸着部及び前記アンモニア分解部を加熱して、前記アンモニア吸着部に吸着したアンモニアを脱離させ、この脱離したアンモニアを前記アンモニア分解部で低酸素雰囲気化で窒素及び水素に分解することで、前記アンモニア吸着部を再生する制御を行うように構成される請求項2に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。

請求項4

前記流路切替装置を、前記排気通路または前記分岐通路の両方に排気ガスを流通できる流量調整装置として構成するとともに、前記制御装置が、前記アンモニア濃度検出装置の検出値が前記第1設定濃度閾値未満であり、前記第1設定濃度閾値より小さい値として予め設定された第2設定濃度閾値以上であるときで、かつ、前記アンモニア吸着部へのアンモニアの吸着量が前記設定吸着量閾値未満であるときに、前記流量調整装置を制御して、排気ガスを前記排気通路と前記分岐通路の両方に流す制御を行うように構成される請求項2または3に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。

請求項5

内燃機関の排気通路に選択還元型触媒装置を備え、該選択還元型触媒装置より下流側の前記排気通路に、アンモニア吸着除去装置を有する分岐通路を前記排気通路に並行して備え、排気ガスの流れを前記排気通路と前記分岐通路の間で切り替える流路切替装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記アンモニア吸着除去装置より下流側の前記排気通路を通過する排気ガスに含まれるアンモニアの濃度が予め設定された第1設定濃度閾値以上であるときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記排気通路から前記分岐通路に切り替える制御を行うことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化方法。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法に関する。

背景技術

0002

ディーゼルエンジン排気通路には、選択還元型触媒装置SCR)より下流側の排気通路に流出したアンモニア大気への放出を防止するために、アンモニアスリップ触媒装置(ASC)が備えられることがある。

0003

このアンモニアスリップ触媒装置は、白金(Pt)等の貴金属触媒担持して、この貴金属触媒の機能によりアンモニアを無害窒素(N2)に化学変化させる装置である。しかしながら、触媒の温度によっては、アンモニアを窒素にだけではなく窒素酸化物(NOx)や亜酸化窒素(N2O)に化学変化させる虞があり、排気ガス浄化システム全体としてのNOx浄化性能を低下させる虞があった。

0004

また、このアンモニアスリップ触媒として、リッチバーン排ガスからのアンモニア排出を減少させるために、少なくとも1種の遷移金属を担持する小細孔モレキュラーシーブから成る第1触媒層白金族金属を含む第2触媒層とを含む多層触媒が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0005

特表2014−515701号公報

発明が解決しようとする課題

0006

ところで、アンモニアスリップ触媒装置を備えずに、選択還元型触媒装置を通過後の排気ガスに含まれるアンモニアをNOx浄化性能を維持しながら浄化処理するシステムや、このシステムを用いた制御方法等については、未だ良案が提案されていない。

0007

本発明の目的は、選択還元型触媒装置を通過後の排気ガスに含まれるアンモニアをNOx浄化性能を維持しながら浄化処理することができる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に選択還元型触媒装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記選択還元型触媒装置より下流側の前記排気通路に、アンモニア吸着除去装置を有する分岐通路を前記排気通路に並行して備え、排気ガスの流れを前記排気通路と前記分岐通路の間で切り替え流路切替装置を備えるとともに、前記アンモニア吸着除去装置より下流側の前記排気通路にアンモニア濃度検出装置を備えて、前記排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、前記アンモニア濃度検出装置の検出値が予め設定された第1設定濃度閾値以上であるときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記排気通路から前記分岐通路に切り替える制御を行うように構成される。

0009

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に選択還元型触媒装置を備え、該選択還元型触媒装置より下流側の前記排気通路に、アンモニア吸着除去装置を有する分岐通路を前記排気通路に並行して備え、排気ガスの流れを前記排気通路と前記分岐通路の間で切り替える流路切替装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記アンモニア吸着除去装置より下流側の前記排気通路を通過する排気ガスに含まれるアンモニアの濃度が予め設定された第1設定濃度閾値以上であるときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記排気通路から前記分岐通路に切り替える制御を行うことを特徴とする方法である。

発明の効果

0010

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、選択還元型触媒装置を通過後の排気ガスに含まれるアンモニアをNOx浄化性能を維持しながら浄化処理することができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。
アンモニア吸着除去装置の構成を示す図である。
アンモニア吸着除去装置の別の構成を示す図である。
本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法の制御フローを示す図である。
本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法の別の制御フローを示す図である。
従来技術の内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。
酸素雰囲気化における、アンモニアスリップ触媒装置の温度と、排気ガスに含まれる各ガス成分の濃度の関係を示す図である。

実施例

0012

以下、本発明に係る実施形態の内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。

0013

図1に示すように、本発明の排気ガス浄化システム1は、エンジン(内燃機関)(図示しない)の排気通路(排気管)11に、上流側(エンジン側)より順に、酸化触媒装置DOC)12、微粒子捕集装置13、選択還元型触媒装置(SCR)14を備えて構成されるシステムである。

0014

酸化触媒装置12は、ハニカム構造を形成する基材に、排気ガスGの炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等を酸化する貴金属触媒(酸化触媒)が担持されて構成される。貴金属触媒としては、炭化水素を水と二酸化炭素に、一酸化炭素を二酸化炭素にそれぞれ酸化する白金(Pt)系の触媒が好ましい。

0015

この貴金属触媒による炭化水素及び一酸化炭素の酸化反応発熱反応であるので、この発熱により排気ガスGは昇温する。これを利用して、微粒子捕集装置13の強制PM再生制御時等、高温の排気ガスGが必要となるときには、酸化触媒装置12より上流側の排気通路11を通過する排気ガスGに含まれる炭化水素の量を一時的に増加させて、この増加分の炭化水素を酸化触媒装置12で酸化させることで、排気ガスGを高温化している。

0016

なお、炭化水素の量を一時的に増加させる方法としては、例えば、エンジンの気筒シリンダ)(図示しない)内で燃料ポスト噴射を行う方法や、酸化触媒装置12より上流側の排気通路11に燃料噴射装置(図示しない)を備えて、この燃料噴射装置から燃料を噴射する方法がある。

0017

微粒子捕集装置13は、排気ガスG中の粒子状物質(PM)を捕集するために、その内部にフィルタを備えて構成される。このフィルタは、多孔質セラミックハニカムセルチャンネル)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ォールフロータイプのフィルタで構成される。

0018

排気ガスGは、微粒子捕集装置13の目封じされていないセルの入口より流入し、隣接する出口を目封じされていないセルとの境界に形成されたPM捕集用の壁を通過した後、出口を目封じされていないセルの出口より流出する。排気ガスGに含まれるPMはPM捕集用の壁で捕集されるが、捕集量には限界がある。したがって、PM捕集量が限界値に到達する前に、微粒子捕集装置13の内部に高温の排気ガスGを通過させて、この排気ガスGの熱により微粒子捕集装置13の内部に捕集されたPMを燃焼除去する強制PM再生制御を定期的に行っている。

0019

選択還元型触媒装置14は、その上流側の排気通路11に備えた尿素水供給装置20より噴射される尿素水Uを排気ガスGの熱により加水分解して生成されたアンモニア(NH3)を還元剤として、排気ガスGに含まれる窒素酸化物(NOx)を窒素(N2)に浄化する装置である。

0020

なお、排気ガスGに含まれるNOxの浄化に使用されないアンモニアは、選択還元型触媒装置14の内部に吸蔵されるか、または、選択還元型触媒装置14より下流側の排気通路11に流出(スリップ)する。また、選択還元型触媒装置14のアンモニア吸蔵容量(アンモニアを吸蔵可能な上限量)は、選択還元型触媒装置14の温度が高くなるにつれて、少なくなる。

0021

また、尿素水供給装置20には、尿素水供給ポンプ21により尿素水タンク22に貯留した尿素水Uが供給される。排気通路11への尿素水Uの供給量(噴射量)は、後述する尿素水供給制御装置(DCU)40により尿素水供給ポンプ21の出力を調整制御することにより、制御される。なお、尿素水Uの供給量を、尿素水供給装置20の弁開度を調整制御することにより、制御してもよい。

0022

また、選択還元型触媒装置14より上流側の尿素水供給装置20と微粒子捕集装置13の間の排気通路11に上流NOx濃度センサ(上流NOx濃度検出装置)23を備えるとともに、尿素水供給装置20と選択還元型触媒装置14の間の排気通路11に温度センサ温度検出装置)24を備える。また、選択還元型触媒装置14より下流側の排気通路11に下流NOx濃度センサ25を備える。

0023

また、本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム1を制御する尿素水供給制御装置(DCU、制御装置)40が備えられる。この尿素水供給制御装置40は、エンジンの運転状態を制御するエンジン制御装置(ECU)41より、エンジンへの吸気流量等、エンジンの運転状態に関わるデータを受信するとともに、上流NOx濃度センサ23、温度センサ24及び下流NOx濃度センサ25の各検出値のデータを受信して、これらの受信したデータを基に、尿素水供給ポンプ21の出力を調整制御して、尿素水供給装置20からの尿素水Uの供給量を制御する装置である。

0024

本発明の排気ガス浄化システム1は、図1に示すように、選択還元型触媒装置14より下流側の排気通路11に、アンモニアスリップ触媒装置15を備えることなく、アンモニア吸着除去装置30を有する分岐通路31を排気通路11に平行して備え、排気ガスGの流れを排気通路11と分岐通路31の間で切り替える三方弁(流路切替装置)32を備えるシステムである点で、図6に示す従来技術の内燃機関の排気ガス浄化システム1Xとは異なっている。また、アンモニア吸着除去装置30より下流側の排気通路11にアンモニア濃度センサ(アンモニア濃度検出装置)26を備える。

0025

アンモニア吸着除去装置30について説明する。アンモニア吸着除去装置30は、図2に示すように、アンモニア吸着部30Aと、アンモニア分解部30Bと、ヒーター(加熱部)30Cとで構成される。アンモニア吸着部30Aは、排気ガスGに含まれるアンモニアを吸着する部材である。アンモニア分解部30Bは、アンモニア吸着部30Aより脱離したアンモニアを低酸素雰囲気化で窒素及び水素に分解する部材である。ヒーター30Cは、アンモニア吸着部30A及びアンモニア分解部30Bの両方を加熱する部材である。

0026

アンモニア吸着部30Aは、より詳細には、低温ではアンモニアを吸着し、ヒーター30Cによる加熱により高温化すると吸着したアンモニアを脱離する性質を有する材料で構成される部材である。この材料として、例えば、ゼオライトゼオライト様化合物メソポーラスシリカ活性炭、MOF、PCP、金属酸化物等のように、アンモニアを吸着及び脱離する性質に加えて、大きな比面積を有してアンモニアを吸着させ易い性質を有する材料を用いると好ましい。

0027

また、アンモニア分解部30Bは、より詳細には、低酸素雰囲気化(無酸素雰囲気化を含む)でアンモニアを窒素と水素に分解する活性を有する材料で構成される部材である。この材料として、例えば、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、金(Au)を構成要素とする貴金属触媒、金属酸化物、遷移金属イオン交換ゼオライト等の材料が好ましい。また、アンモニア吸着部30Aを構成する材料が有する性質も兼ね備えた材料を用いても良い。

0028

なお、アンモニア吸着除去装置30の内部構成は、図2に示すように、排気ガスGの上流側より順に、ヒーター30C、アンモニア吸着部30A及びアンモニア分解部30Bの混合部を備える構成としてもよいし、図3に示すように、排気ガスGの上流側より順に、ヒーター30C、アンモニア吸着部30A、アンモニア分解部30Bを備える構成としてもよい。また、図示しないが、ヒーター30Cをアンモニア吸着除去装置30の最上流側に備えるのではなく、アンモニア吸着部30A及びアンモニア分解部30Bの外周にヒーター30Cを隣接して備える構成としてもよい。また、図示しないが、ヒーター30Cをアンモニア吸着部30A及びアンモニア分解部30Bの混合部に内蔵する形で備える構成としてもよい。

0029

また、アンモニア吸着部30Aは低温時にアンモニアを吸着する能力が増加するため、選択還元型触媒装置14とアンモニア吸着除去装置30の間の排気通路11または分岐通路31に、アンモニア吸着除去装置30に流入する排気ガスGの温度を冷却する構成を加えると好ましい。この構成は、例えば、選択還元型触媒装置14とアンモニア吸着除去装置30の間の排気通路11または分岐通路31に冷却装置(図示しない)を備えて、この冷却装置により排気ガスGを冷却する構成であったり、または、排気通路11を構成する排気管や分岐通路31を構成する分岐管外気との接触面積が大きくなる形状として、大量の外気が排気管または分岐管に接触することで排気ガスGを冷却する構成であったりする。

0030

そして、本発明では、尿素水供給制御装置40が、アンモニア濃度センサ26の検出値Dが第1設定濃度閾値D1以上であるときに、三方弁32を制御して、排気ガスGの流れを排気通路11から分岐通路31に切り替える制御を行うように構成する。ここで、第1設定濃度閾値D1は、この閾値以上となると、アンモニアによる大気汚染を未然に予防する必要がある閾値として、実験等により予め設定される閾値である。

0031

すなわち、本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム1では、エンジンが過渡運転状態で、排気ガスGの急激な高温化に伴う選択還元型触媒装置14の急激な高温化により、選択還元型触媒装置14に吸蔵したアンモニアが大量に脱離したり、あるいは、尿素水供給装置20より排気通路11に尿素水Uを必要以上に噴射したりして、アンモニアが大量に生成された場合等、大気へ放出されるアンモニアの量が多くなる場合に、選択還元型触媒装置14を通過後の低温の排気ガスGの全量をアンモニア吸着除去装置30に通過させる。そして、排気ガスGに含まれるアンモニアをアンモニア吸着除去装置30に吸着させることで、大気に放出されるアンモニア量を抑制することができる。

0032

一方、アンモニア濃度センサ26の検出値Dが第1設定濃度閾値D1未満であるときには、大気へ放出されるアンモニアの量が少ないため、尿素水供給制御装置40が三方弁32を制御して、排気ガスGの流れを分岐通路31から排気通路11に切り替える。このとき、アンモニア吸着部30Aへのアンモニアの吸着量Aが第1設定吸着量閾値(設定吸着量閾値)A1以上であり、アンモニア吸着部30Aに大量のアンモニアが吸着しているときには、アンモニア吸着部30Aに吸着したアンモニアを窒素と水素に分解除去することで、アンモニア吸着部30Aを再生する。

0033

より詳細には、ヒーター30Cによりアンモニア吸着部30Aを加熱して、アンモニア吸着部30Aを高温化させることで、アンモニア吸着部30Aに吸着したアンモニアを脱離させて、この脱離したアンモニアをアンモニア分解部30Bに移動させる。

0034

ここで、アンモニア吸着除去装置30への排気ガスGの流入を停止しているため、排気ガスGに含まれる酸素がアンモニア吸着除去装置30に流入されることなく、また、アンモニア吸着除去装置30の内部に在留する酸素もアンモニア吸着部30Aに吸着したアンモニアのごく一部により消費し尽くすため、アンモニア吸着除去装置30の内部は低酸素雰囲気に移行していく。この低酸素雰囲気下で、ヒーター30Cによりアンモニア分解部30Bを高温化して、この高温化したアンモニア分解部30Bに担持された触媒等にアンモニアを接触させることで、アンモニアを窒素及び水素に分解除去して、アンモニア吸着部30Aを加熱再生する(アンモニア吸着除去装置30の加熱再生制御)。このときの化学反応式は、2NH3→N2+3H2が主となり、その他の化学反応は殆ど発生しない。また、ヒーター30Cによるアンモニア分解部30Bの加熱は、三方弁32による流路切替時点より実験等により予め設定された設定時間が経過してアンモニア吸着除去装置30の内部に低酸素雰囲気が形成されたときから開始してもよいが、アンモニア吸着部30Aの加熱開始時点と同時期に開始することで、アンモニア吸着除去装置30の内部が低酸素雰囲気に移行したときに、アンモニア分解部30Bが高温化しており、アンモニアの窒素及び水素への分解除去反応を速やかに行うことができるので好ましい。

0035

なお、酸素雰囲気下で、高温のアンモニア分解部30Bにアンモニアを接触させると、4NH3+3O2→2N2+6H2O、4NH3+5O2→4NO+6H2O、2NH3+2O2→N2O+3H2O、2NO+O2→2NO2等の化学反応が起き、アンモニアから窒素だけでなく、窒素酸化物(NOx)や亜酸化窒素(N2O)が発生する虞がある。図7に示すように、酸素雰囲気化では、アンモニアスリップ触媒装置30が高温になるにつれて、アンモニアスリップ触媒装置30を通過後の排気ガスGに含まれる窒素酸化物(NOx)または亜酸化窒素(N2O)の割合が多くなっていくのが分かる。

0036

すなわち、アンモニア吸着除去装置30は、アンモニア分解部30Bを低酸素雰囲気下かつ高温にすることで、アンモニア(NH3)を窒素酸化物(NOx)や亜酸化窒素(N2O)に化学変化させることなく、窒素(N2)及び水素(H2)のみに化学変化させる装置である。

0037

したがって、上記の制御により、選択還元型触媒装置14を通過後の排気ガスGに含まれるアンモニアをNOx浄化性能を維持しながら浄化処理することができる。

0038

また、大気へのアンモニアスリップ量が少ないときに、アンモニア吸着除去装置30の加熱再生を行うので、大気へのアンモニアスリップ量が多いときに、アンモニア吸着部30Aに吸着可能なアンモニア量を確保することができ、大気へのアンモニアスリップを抑制することができる。

0039

なお、図2図3では、アンモニア吸着部30A及びアンモニア分解部30Bの加熱をヒーター30Cにより行っているが、この加熱方法に限定されない。例えば、高温の排気ガスGの廃熱を利用した加熱方法を用いたり、または、選択還元型触媒装置14とアンモニア吸着除去装置30の間の排気通路11または分岐通路31に上流側より順に燃料供給装置及び酸化触媒装置(図示しない)を備えて、燃料供給装置より供給した燃料を下流側の酸化触媒装置で酸化発熱させたりすることで、アンモニア吸着除去装置30を加熱するための熱量を発生させる方法を用いてもよい。

0040

アンモニア吸着部30Aへのアンモニアの吸着量Aの算出方法について説明する。ここでは、この算出方法として2つ説明する。1つ目の方法は、尿素水供給制御装置40により、エンジンの運転状態と、上流NOx濃度センサ23の検出値と、選択還元型触媒装置14へのアンモニアの吸着量と、温度センサ24の検出値とに基づいて、選択還元型触媒装置14より下流側の排気通路11に流出するアンモニア量を推定し、この推定したアンモニア量の時間積分値に基づいてアンモニア吸着部30Aへのアンモニアの吸着量Aを推定算出する方法である。2つ目の方法は、排気ガスGの全量がアンモニア吸着除去装置30を通過しているときにおけるアンモニア濃度センサ26の検出値と、アンモニア吸着除去装置30の温度に基づいて、アンモニア吸着部30Aへのアンモニアの吸着量Aを推定算出する方法である。

0041

これら2つの方法のいずれかを用いることで、アンモニア吸着部30Aへのアンモニアの吸着量Aを高精度で算出することができる。

0042

なお、図1では流路切替装置として三方弁32を備えたが、流路切替機能だけでなく流量調整機能も備えた流量調整弁流量調整装置)32を代わりに備えてもよい。この場合は、三方弁32のように排気通路11または分岐通路31のいずれか一方に排気ガスGを流通させるのではなく、排気通路11または分岐通路31のいずれか一方または両方に排気ガスGを流通させることができる。

0043

三方弁32のように、排気通路11と分岐通路31の間の排気ガスGの流れを即時に切り替える構成であると、流路切替装置の制御が簡単となる。これに対して、流量調整弁32を備えると、大気へ流出するアンモニア量を即時に低減させる必要はないものの、アンモニア量がやや高く、かつ、アンモニア吸着除去装置30にアンモニアが吸着可能であるときにも、排気ガスGの一部を分岐通路31に流して、一部のアンモニアをアンモニア吸着除去装置30に吸着させることで、大気へ流出するアンモニア量を低減させることができる。

0044

より詳細には、尿素水供給制御装置40が、アンモニア濃度センサ26の検出値Dが第1設定濃度閾値D1未満であり、早急にアンモニア吸着除去装置30に排気ガスGの全量を流してアンモニアを吸着除去する必要はないが、第1設定濃度閾値D1より小さい値として予め設定された第2設定濃度閾値D2以上で、大気へ流出するアンモニア量がやや多い量であり、かつ、アンモニア吸着除去装置30へのアンモニアの吸着量Aが第1設定吸着量A1未満で、アンモニア吸着除去装置30にアンモニアが吸着可能であるときに、流量調整弁32を制御して、排気ガスGを排気通路11と分岐通路31の両方に流して、一部のアンモニアをアンモニア吸着除去装置30に吸着させることで、大気へ流出するアンモニア量を低減させることができる。

0045

なお、上記の制御の代わりに、尿素水供給制御装置40が、アンモニア濃度センサ26の検出値Dが第1設定濃度閾値D1未満であるが、第2設定濃度閾値D2以上であるときに、アンモニア吸着部30Aへのアンモニアの吸着量Aに関わらず、流路切替装置32を制御して、排気ガスGを全量排気通路11に流して、アンモニア吸着除去装置30の加熱再生制御を強制的に行うと、アンモニア濃度センサ26の検出値Dが第1設定濃度閾値D1以上となったときに、アンモニア吸着部30Aにアンモニアを最大限吸着可能であるので、大気へのアンモニアスリップを確実に抑制することができる。この制御は、流路切替装置32として三方弁または流量調整弁のいずれを採用した場合においても適用できる制御である。

0046

次に、上記の三方弁32を備えた内燃機関の排気ガス浄化システム1を用いた、本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法の制御フローについて、図4を参照しながら説明する。図4の制御フローは、エンジンの運転中に実験等により予め設定した制御時間毎に、上級の制御フローより呼ばれてスタートする制御フローである。

0047

図4の制御フローがスタートすると、ステップS10にて、アンモニア吸着除去装置30より下流側の排気通路11を通過する排気ガスGに含まれるアンモニアの濃度Dが第1設定濃度閾値D1以上であるか否かを判定する。アンモニアの濃度Dが第1設定濃度閾値D1以上である場合(YES)には、ステップS20に進み、ステップS20にて、三方弁32を制御して、排気ガスGの流れを排気通路11から分岐通路31に切り替える。ステップS20の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

0048

一方、ステップS10にて、アンモニアの濃度Dが第1設定濃度閾値D1未満である場合(NO)には、ステップS30に進み、ステップS30にて、三方弁32を制御して、排気ガスGの流れを分岐通路31から排気通路11に切り替える。ステップS30の制御を実施後、ステップS40に進む。

0049

ステップS40にて、アンモニア吸着除去装置30へのアンモニアの吸着量Aが第1設定吸着量閾値A1以上であるか否かを判定する。アンモニアの吸着量Aが第1設定吸着量閾値A1未満である場合(NO)には、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

0050

一方、ステップS40にて、アンモニアの吸着量Aが第1設定吸着量閾値A1以上である場合(YES)には、ステップS50に進み、ステップS50にて、アンモニア吸着除去装置30の加熱再生制御を開始する。ステップS50の制御を実施後、ステップS60に進む。

0051

ステップS60にて、アンモニアの吸着量Aが第1設定吸着量閾値A1より小さい値として設定された第2設定吸着量閾値A2以下となったか否かを判定する。アンモニアの吸着量Aが第2設定吸着量閾値A2より大きい場合(NO)には、予め設定した待機時間を経過後、再度ステップS60の判定を行う。

0052

一方、ステップS60にて、アンモニアの吸着量Aが第2設定吸着量閾値A2以下となった場合(YES)には、ステップS70に進み、ステップS70にて、アンモニア吸着除去装置30の加熱再生制御を終了する。ステップS70の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

0053

次に、上記の流量調整弁32を備えた内燃機関の排気ガス浄化システム1を用いた、本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法の制御フローについて、図5を参照しながら説明する。図5の制御フローは、エンジンの運転中に実験等により予め設定した制御時間毎に、上級の制御フローより呼ばれてスタートする制御フローである。

0054

図5の制御フローがスタートすると、ステップS10にて、アンモニア吸着除去装置30より下流側の排気通路11を通過する排気ガスGに含まれるアンモニアの濃度Dが第1設定濃度閾値D1以上であるか否かを判定する。アンモニアの濃度Dが第1設定濃度閾値D1以上である場合(YES)には、ステップS20に進み、ステップS20にて、三方弁32を制御して、排気ガスGの流れを排気通路11から分岐通路31に切り替える。ステップS20の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

0055

一方、ステップS10にて、アンモニアの濃度Dが第1設定濃度閾値D1未満である場合(NO)には、ステップS30に進み、ステップS30にて、アンモニアの濃度Dが第1設定濃度閾値D1より小さい値として予め設定された第2設定濃度閾値D2以上であるか否かを判定する。アンモニアの濃度Dが第2設定濃度閾値D2以上である場合(YES)には、ステップS40に進む。

0056

ステップS40にて、アンモニア吸着除去装置30へのアンモニアの吸着量Aが第1設定吸着量閾値A1以上であるか否かを判定する。アンモニアの吸着量Aが第1設定吸着量閾値A1以上である場合(YES)には、ステップS50に進み、ステップS50にて、流量調整弁32を制御して、排気ガスGの全量の流れを分岐通路31から排気通路11に切り替えるとともに、アンモニア吸着除去装置30の加熱再生制御を開始する。ステップS50の制御を実施後、ステップS60に進む。

0057

ステップS60にて、アンモニアの吸着量Aが第2設定吸着量閾値A2以上であるか否かを判定する。アンモニアの吸着量Aが第2設定吸着量閾値A2未満である場合(NO)には、予め設定した待機時間を経過後、再度ステップS60の判定を行う。一方、アンモニアの吸着量Aが第2設定吸着量閾値A2以上である場合(YES)には、ステップS70に進み、ステップS70にて、アンモニア吸着除去装置30の加熱再生制御を終了する。ステップS70の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

0058

また、ステップS40にて、アンモニアの吸着量Aが第1設定吸着量閾値A1未満である場合(NO)には、ステップS80に進み、ステップS80にて、流量調整弁32を制御して、排気ガスGを排気通路11及び分岐通路31の両方に流すように制御する。排気通路11及び分岐通路31のそれぞれに流す排気ガスGの量は、アンモニアの濃度Dやアンモニアの吸着量Aに基づいて設定する。ステップS80の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

0059

また、ステップS30にて、アンモニアの濃度Dが第2設定濃度閾値D2未満である場合(NO)には、ステップS90に進み、ステップS90にて、流量調整弁32を制御して、排気ガスGの全量の流れを分岐通路31から排気通路11に切り替える。ステップS90の制御を実施後、ステップS100に進む。

0060

ステップS100にて、アンモニア吸着除去装置30のアンモニアの吸着量Aが第1設定吸着量閾値A1以上であるか否かを判定する。アンモニアの吸着量Aが第1設定吸着量閾値A1未満である場合(NO)には、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

0061

一方、ステップS100にて、アンモニアの吸着量Aが第1設定吸着量閾値A1以上である場合(YES)には、ステップS110に進み、ステップS110にて、アンモニア吸着除去装置30の加熱再生制御を開始する。ステップS110の制御を実施後、ステップS120に進む。

0062

ステップS120にて、アンモニア吸着除去装置30のアンモニアの吸着量Aが第2設定吸着量閾値A2以下となったか否かを判定する。アンモニアの吸着量Aが第2設定吸着量閾値A2より大きい場合(NO)には、予め設定した待機時間を経過後、再度ステップS120の判定を行う。

0063

一方、ステップS120にて、アンモニアの吸着量Aが第2設定吸着量閾値A2以下となった場合(YES)には、ステップS130に進み、ステップS130にて、アンモニア吸着除去装置30の加熱再生制御を終了する。ステップS130の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

0064

上より、本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム1を基にした、本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路11に選択還元型触媒装置14を備え、この選択還元型触媒装置14より下流側の排気通路11に、アンモニア吸着除去装置30を有する分岐通路31を排気通路11に並行して備え、排気ガスGの流れを排気通路11と分岐通路31の間で切り替える流路切替装置30を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化方法において、アンモニア吸着除去装置30より下流側の排気通路11を通過する排気ガスGに含まれるアンモニアの濃度Dが第1設定濃度閾値D1以上であるときに、流路切替装置32を制御して、排気ガスGの流れを排気通路11から分岐通路31に切り替える制御を行うことを特徴とする方法となる。

0065

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム1及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、選択還元型触媒装置14を通過後の排気ガスGに含まれるアンモニアをNOx浄化性能を維持しながら浄化処理することができる。

0066

なお、本発明の制御において、流路切替装置32を制御して、排気ガスGの流れを排気通路11と分岐通路31の間で切り替える場合で、既に切り替えたい側の通路に切り替わっているときには、流路切替装置32を新たに操作する必要はない。

0067

1、1X内燃機関の排気ガス浄化システム
11排気通路
14選択還元型触媒装置(SCR)
23上流NOx濃度センサ(上流NOx濃度検出装置)
24温度センサ(温度検出装置)
25 下流NOx濃度センサ(下流NOx濃度検出装置)
26アンモニア濃度センサ(アンモニア濃度検出装置)
30アンモニア吸着除去装置
30A アンモニア吸着部
30Bアンモニア分解部
30Cヒーター(加熱部)
31分岐通路
32三方弁(流路切替装置)、流量調整弁(流量調整装置)
40尿素水供給制御装置(制御装置)
G排気ガス
Ga 排気通路を通過する排気ガス
Gb 分岐通路を通過する排気ガス
D アンモニア濃度センサの検出値
D1 第1設定濃度閾値
D2 第2設定濃度閾値
A アンモニア吸着部へのアンモニアの吸着量
A1 第1設定吸着量閾値(設定吸着量閾値)

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