JP2010090710A - 排気浄化装置の触媒冷却防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡略な構成にて低温の排気ガスが排気浄化装置に導かれるのを防止して触媒の活性が低下する問題を防止する。
【解決手段】タービン２ｂ出口とコンプレッサ２ａ入口との間を接続する再循環流路２６と再循環流路２６に備えた制御弁２７とからなる低圧ループのＥＧＲ装置２８と、低圧ループのＥＧＲ装置２８と排気浄化装置１４との間の排気通路１１に備えた排気ブレーキ２５と、エンジン制御装置３４と、タービン２ｂ出口のガス温度を検出するガス温度計３０と、酸化触媒１５の温度を検出する触媒温度検出手段３１と、エンジン制御装置３４からの指令噴射量信号３５とガス温度計３０によるガス温度３０ａ及び触媒温度検出手段３１によって得られる触媒温度３３ａに基づいて酸化触媒１５の活性が低下する低温の排気ガス９が排気浄化装置１４に導かれないように制御弁２７及び排気ブレーキ２５の制御を行う制御手段２９とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置の触媒冷却防止装置に関するものである。

ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気通路の途中に、パティキュレートフィルタを収容した排気浄化装置を装備することが従来より行われている。

前記パティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造を成し、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出される一方、排気ガス中のパティキュレートが多孔質薄壁の内側表面に捕集されるようになっている。

そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、ＰｔやＰｄ等を活性種とする酸化触媒をパティキュレートフィルタに一体的に担持させたもの、或いはパティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を配置したものが提案されている。

即ち、このような触媒を備えた排気浄化装置を採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。

一方、前記ディーゼルエンジン等では、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりＮＯx（窒素酸化物）の発生を低減するようにした、いわゆる排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が行われている。

この種の排気ガス再循環を行う場合には、排気マニホールドから排気通路に亘る排気系路の適宜位置と、吸気通路から吸気マニホールドに亘る吸気系路の適宜位置との間をＥＧＲ流路により接続し、該ＥＧＲ流路を通して排気ガスを再循環するようにしており、一般的に、ターボチャージャを備えたエンジンにあっては、ターボチャージャのコンプレッサより下流の比較的圧力の高い吸気系路に排気ガスを再循環するものを高圧ループのＥＧＲ装置（特許文献１参照）と称し、ターボチャージャのコンプレッサより上流の比較的圧力の低い吸気系路に排気ガスを再循環するものを低圧ループのＥＧＲ装置（特許文献２参照）と称している。
特開２００４−２７０５６５号公報 特開２００１−８２２３３号公報

前記ディーゼルエンジン等では、減速時に燃料が無噴射状態或いは低噴射状態になると、エンジンからは空気が多量に混合された低温の排気ガス（無噴射状態では殆どが空気）が噴出されて前記触媒を備えたパティキュレートフィルタに流れ込むことになるため、触媒の温度が前記低温の排気ガスにより冷却されて触媒の活性が低下するという問題がある。

この問題を防止するために、減速時に前述した如き高圧ループのＥＧＲ装置を作動させて排気ガスを再循環させることにより、低温の排気ガスがパティキュレートフィルタに流れることを抑えることで触媒が冷却されるのを防止することが考えられるが、このようにした場合には、ターボチャージャに供給されるガス流量が急激に減少することになるために、ターボチャージャがサージに陥ってしまうという問題があった。

又、このようにターボチャージャがサージに陥る問題を防止し同時にターボチャージャからの圧縮空気を冷却するインタークーラーの目詰まり等の不具合を防止するために、前記低圧ループのＥＧＲ装置によりパティキュレートフィルタを経た後の清浄な排気ガスの一部をコンプレッサの上流に再循環させることが考えられるが、このようにした場合には、ＥＧＲ流路が長尺になって装置が大型になるという問題があり、しかもＥＧＲ流路の流路抵抗の増大が避けられないため、減速時には排気圧力が大きく低下することと相俟って排気ガスが良好に再循環されなくなり、低圧ループのＥＧＲ装置を併用するメリットが失われてしまうという問題がある。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、簡略な構成にて低温の排気ガスが排気浄化装置に導かれるのを防止して触媒の活性が低下する問題を防止するようにした排気浄化装置の触媒冷却防止装置を提供することを目的としている。

本発明の排気浄化装置の触媒冷却防止装置は、エンジンの排気通路に設置されるタービンと吸気通路に設置されて前記タービンにより駆動されるコンプレッサとを含むターボチャージャを有し、触媒を備えた排気浄化装置が前記タービン下流の排気通路に配置されている前記排気浄化装置の触媒冷却防止装置であって、前記タービン出口と前記コンプレッサ入口との間を接続する再循環流路と該再循環流路に備えた制御弁とからなる低圧ループのＥＧＲ装置と、該低圧ループのＥＧＲ装置と排気浄化装置との間の排気通路に備えた排気ブレーキと、エンジン制御装置と、タービン出口のガス温度を検出するガス温度計と、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記エンジン制御装置からの指令噴射量信号と前記ガス温度計によるガス温度及び触媒温度検出手段によって得られる触媒温度に基づいて触媒の活性が低下する低温の排気ガスが前記排気浄化装置に導かれないように前記制御弁及び排気ブレーキの制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

而して、制御手段は、エンジン制御装置からの指令噴射量信号と前記ガス温度計によるガス温度及び触媒温度検出手段によって得られる触媒温度に基づいて、排気浄化装置に低温の排気ガスが導かれないように制御弁と排気ブレーキを制御するので、簡略な構成にて低温の排気ガスが排気浄化装置に導かれるのを防止して触媒の温度が低下する問題を防止できる。

制御手段は、減速時にエンジン制御装置からの指令噴射量信号が無噴射信号で且つタービン出口のガス温度計によるガス温度が前記触媒温度検出手段によって得られる触媒温度よりも低い時には、排気ブレーキを閉じると共に制御弁を開けてタービン出口の全ガスをコンプレッサ入口に循環する制御を行う。すると、無噴射によるエンジンからの低温の排気ガスが排気浄化装置には供給されなくなるので、触媒の温度が低下することはなく、触媒の活性は維持される。

又、制御手段は、減速時にエンジン制御装置からの指令噴射量信号が設定値以下の低噴射量信号であり且つタービン出口のガス温度計によるガス温度が触媒温度検出手段によって得られる触媒温度よりも高い時には、排気ブレーキを開けると共に制御弁を開けることによりタービン出口の排気ガスの一部をコンプレッサ入口に循環してＥＧＲ制御を行う。すると、排気ガスの温度が設定温度より高いことにより触媒が冷却されることはなく、低負荷時のＥＧＲ制御が行える。

触媒温度検出手段は、排気浄化装置に備えられる触媒の前部に備えた前部温度計と後部に備えた後部温度計の夫々の検出温度の平均温度を触媒温度としているので、触媒温度を簡単に求めて制御することができる。

更に、制御手段は、排気ブレーキの作動指令が入力された際には制御弁と排気ブレーキを共に閉じる制御を行うようにしているので、ブレーキ作動時にはブレーキ力が確実に発揮される。

上記した本発明の排気浄化装置の触媒冷却防止装置によれば、制御手段は、エンジン制御装置からの指令噴射量信号とガス温度計によるガス温度及び触媒温度検出手段によって得られる触媒温度に基づいて、排気浄化装置に低温の排気ガスが導かれないように制御弁と排気ブレーキを制御するので、触媒の温度が低下して触媒の活性が低下する問題を防止できる効果がある。

ここで、減速時にエンジン制御装置からの指令噴射量信号が無噴射信号で且つタービン出口のガス温度計によるガス温度が前記触媒温度検出手段によって得られる触媒温度よりも低い時には、制御手段は、排気ブレーキを閉じると共に制御弁を開けてタービン出口の全ガスをコンプレッサ入口に循環する制御を行うので、無噴射時のエンジンからの低温の排気ガスは排気浄化装置には供給されなくなり、よって触媒の温度が低下する問題は確実に防止されて触媒の活性が維持される効果がある。

更に、前記したようにタービン出口の全ガスをコンプレッサ入口に循環することによってエンジンからターボチャージャに供給される排気ガスの流量は確保されるので、従来のように高圧ループのＥＧＲ装置を作動させて低温の排気ガスがパティキュレートフィルタに流れるのを抑えることで触媒が冷却されるのを防止する方法に比して、ターボチャージャがサージに陥る問題は起こり難くなるという効果がある。

又、減速時にエンジン制御装置からの指令噴射量信号が設定値以下であって排気ガス中のパティキュレートが充分に少なく且つタービン出口のガス温度計によるガス温度が触媒温度検出手段によって得られる触媒温度よりも高い時には、制御手段は、排気ブレーキを開けると共に制御弁を開け、タービン出口の排気ガスの一部をコンプレッサ入口に循環してＥＧＲ制御を行える効果があ。

又、減速時にエンジン制御装置からの指令噴射量信号が設定値以下であり且つタービン出口のガス温度計によるガス温度が触媒温度検出手段によって得られる触媒温度よりも高い時には、制御手段は、排気ブレーキを開けると共に制御弁を開けることにより温度が高い排気ガスによって触媒を暖められる効果がある。

触媒温度検出手段は、排気浄化装置に備えられる触媒の前部に備えた前部温度計と後部に備えた後部温度計の夫々の検出温度の平均温度を触媒温度としているので、触媒温度を簡単に求めて制御できる効果がある。

更に、制御手段は、排気ブレーキの作動指令が入力された際には制御弁と排気ブレーキを共に閉じる制御を行うようにしているので、ブレーキ作動時にはブレーキ力を確実に発揮できる効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号１はターボチャージャ２を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導かれた吸気４は吸気通路５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４はインタークーラ６へと送られて冷却され、冷却された吸気４は吸気マニホールド７へと導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（図１では直列４気筒の場合を例示している）に分配されるようになっている。

また、前記ディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した後に排気通路１１へと送り出されるようにしてあり、この排気通路１１の終端部にはフィルタケース１２内にパティキュレートフィルタ１３を収容した排気浄化装置１４が設けられている。

図１に示す排気浄化装置１４は、パティキュレートフィルタ１３の前段に酸化触媒１５を配置した場合を示しており、前記排気浄化装置１４の上流の排気通路１１には燃料タンク１６の燃料１６ａをポンプ１７及び調節弁１８を介して供給する燃料添加装置１９が設けられている。そして燃料添加装置１９によって燃料１６ａを排気通路１１の排気ガス９に添加することにより前記酸化触媒１５で燃料１６ａを酸化燃焼させて排気ガス９の温度を高め、これによってパティキュレートフィルタ１３に捕捉されたパティキュレートを燃焼させるようにしている。又、前記パティキュレートフィルタ１３の後段には前記添加した燃料１６ａの未反応分を処理するための後部触媒２０が備えられている。尚、前記燃料添加装置１９は備えていなくてもよく、更に、酸化触媒１５及び後段の後部触媒２０も備えていなくてもよく、この場合にはパティキュレートフィルタ１３に触媒を担持させることにより、パティキュレートフィルタ１３自体を触媒として機能させるようにしている。

又、前記ディーゼルエンジン１には、排気マニホールド１０の排気ガス９の一部をコンプレッサ２ａからの吸気４に混合するためのＥＧＲ流路２１と、該ＥＧＲ流路２１に備えたＥＧＲクーラ２２及びＥＧＲバルブ２３とを有する高圧ループのＥＧＲ装置２４を備えている。

前記ターボチャージャ２のタービン２ｂから排出される排気ガス９を前記排気浄化装置１４へ導く排気通路１１には排気ブレーキ２５が設けてあり、更に、前記ターボチャージャ２のタービン２ｂ出口と前記コンプレッサ２ａ入口との間を再循環流路２６により接続し、この再循環流路２６に制御弁２７を備えることにより低圧ループのＥＧＲ装置２８を構成している。

図中、２９は前記制御弁２７と排気ブレーキ２５の制御を行うための制御手段（制御器）である。

前記タービン２ｂの出口にはガス温度を検出するためのガス温度計３０が設けてあり、該ガス温度計３０で検出したガス温度３０ａは前記制御手段２９に導入されている。又、排気浄化装置１４には酸化触媒１５の温度を検出するために触媒温度検出手段３１を設けている。図１の触媒温度検出手段３１は、酸化触媒１５の前部に設けた前部温度計３２ａと酸化触媒１５の後部に設けた後部温度計３２ｂとを有しており、更に、夫々の温度計３２ａ，３２ｂによって検出した検出温度３２ａ’，３２ｂ’を演算器３３に導入して、該演算器３３により前記検出温度３２ａ’，３２ｂ’の平均温度を触媒温度３３ａとして得、この触媒温度３３ａを前記制御手段２９に入力するようにしている。尚、前記演算器３３の構成を制御手段２９に備えることにより制御手段２９において触媒温度３３ａを演算するようにしてもよい。触媒温度検出手段３１は、上記したように排気ガス９の温度を検出する方式に代えて、酸化触媒１５の表面温度を検出するようにしてもよい。又、前記酸化触媒１５を備えることなく、触媒を担持させたパティキュレートフィルタ１３を用いている場合には、パティキュレートフィルタ１３を触媒としてパティキュレートフィルタ１３自体の温度を検出するための前部温度計３２ａと後部温度計３２ｂを設置するようにしてもよい。

更に、前記制御手段２９には、ディーゼルエンジン１の制御を行うエンジン制御装置３４からの指令噴射量信号３５が入力されていると共に、排気ブレーキ２５の作動指令３６が入力されるようになっている。

そして、制御手段２９は、前記エンジン制御装置３４からの指令噴射量信号３５と、ガス温度計３０によるガス温度３０ａ及び触媒温度検出手段３１によって得られる触媒温度３３ａに基づいて、酸化触媒１５の活性が低下する低温の排気ガス９が前記排気浄化装置１４に導かれないように前記制御弁２７及び排気ブレーキ２５に制御信号３７を送って制御するようになっている。

而して、図１の形態では、エンジン制御装置３４からの指令噴射量信号３５が予め定めた設定値以上を示しており、ガス温度計３０によるガス温度３０ａ及び触媒温度検出手段３１によって得られる触媒温度３３ａが十分に高い温度である通常時には、制御手段２９は汚れた排気ガス９がコンプレッサ２ａに導入されないように排気ブレーキ２５を開けて制御弁２７を閉じる制御を行っており、これにより、排気ガス９は排気浄化装置１４に導かれてパティキュレートフィルタ１３によりパティキュレートの捕集が行われる。この時、従来と同様に、高圧ループのＥＧＲ装置２４を作動させることにより排気側の排気ガス９の一部をコンプレッサ２ａからの吸気４へ戻すことにより、エンジン内での燃料の燃焼を抑制し燃焼温度を下げてＮＯx（窒素酸化物）の発生を低減させるようにする。

減速時において、前記制御手段２９に入力されるエンジン制御装置３４からの指令噴射量信号３５が無噴射信号であり且つタービン２ｂ出口のガス温度計３０によるガス温度３０ａが前記触媒温度検出手段３１によって得られる触媒温度３３ａよりも低い時、即ち排気ガス９の温度が酸化触媒１５の温度よりも低い時には、排気ブレーキ２５を閉じると共に制御弁２７を開けてタービン２ｂ出口の全ガスをコンプレッサ２ａ入口へ循環させる制御を行う。このように、全ての排気ガス９をコンプレッサ２ａに循環して排気浄化装置１４へは排気ガス９が供給されないようにすることにより、無噴射時の温度が低い排気ガス９が排気浄化装置１４に供給されて酸化触媒１５が急激に冷却されることによって酸化触媒１５の活性が低下するという問題は防止される。この時、エンジンが無噴射であり排気ガス９は殆どが空気であってパティキュレートを含まないため、この排気ガス９をコンプレッサ２ａに循環しても問題を生じることはなく、更に、排気ガス９が低圧ループのＥＧＲ装置２８で循環しているために、排気ブレーキ２５によるブレーキ力は生じない。

更に、前記したようにタービン２ｂ出口の全ガスをコンプレッサ２ａ入口に循環することによってディーゼルエンジン１から排出される排気ガス９の流量は確保されるので、従来のように高圧ループのＥＧＲ装置を作動させて低温の排気ガスがパティキュレートフィルタに流れるのを抑えることで触媒が冷却されるのを防止する方法に比して、ターボチャージャ２がサージに陥る問題は起こり難くなり安定した運転が可能になる。

尚、無噴射時において、ディーゼルエンジン１が有する残熱によって酸化触媒１５の温度よりも排気ガス９の温度が高い場合には、酸化触媒１５を暖気させるために制御弁２７を開かない制御を行うこともでき、又、無噴射時において、酸化触媒１５の温度が高すぎると判断された場合には、制御弁２７を閉じて排気ガス９を排気浄化装置１４へ導くことにより酸化触媒１５を冷却する制御を行うようにしてもよい。

減速時において、前記制御手段２９に入力されるエンジン制御装置３４からの指令噴射量信号３５が設定値以下の低噴射量信号であり且つタービン２ｂ出口のガス温度計３０によるガス温度３０ａが前記触媒温度検出手段３１によって得られる触媒温度３３ａよりも高い時には、排気ブレーキ２５を開けると共に制御弁２７を開け、タービン２ｂ出口の排気ガス９の一部をコンプレッサ２ａ入口に循環して低圧ルーブのＥＧＲ装置２８によるＥＧＲ制御を行うことができる。この時、ディーゼルエンジン１の噴射量が設定値以下の低噴射量であるため、排気ガス９に含まれるパティキュレートは少なく、よって、排気ガス９をコンプレッサ２ａに循環しても問題を生じることはない。ここで、ディーゼルエンジン１の噴射量の前記設定値は、排気ガス９をコンプレッサ２ａに循環してもパティキュレートによる問題を生じない噴射量に設定する。

又、上記制御を行っている状態において、制御手段２９に排気ブレーキ２５の作動指令３６が入力された際には、制御手段２９は制御弁２７と排気ブレーキ２５を共に閉じる制御を優先して行う。このように制御弁２７と排気ブレーキ２５が閉じられることによりブレーキ制動が行われ、この時、排気浄化装置１４には排気ガス９は供給されないため、酸化触媒１５の温度は保持される。

尚、本発明の排気浄化装置の触媒冷却防止装置に備えられる触媒は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく選択還元触媒等も含まれること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す全体概略図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（エンジン）
２ ターボチャージャ
２ａ コンプレッサ
２ｂ タービン
５ 吸気通路
９ 排気ガス
１１ 排気通路
１４ 排気浄化装置
１５ 酸化触媒（触媒）
２５ 排気ブレーキ
２６ 再循環流路
２７ 制御弁
２８ 低圧ループのＥＧＲ装置
２９ 制御手段（制御器）
３０ ガス温度計
３０ａ ガス温度
３１ 触媒温度検出手段
３２ａ 前部温度計
３２ｂ 後部温度計
３２ａ’，３２ｂ’ 検出温度
３３ａ 触媒温度
３４ エンジン制御装置
３５ 指令噴射量信号
３６ 排気ブレーキの作動指令

Claims (5)

1. エンジンの排気通路に設置されるタービンと吸気通路に設置されて前記タービンにより駆動されるコンプレッサとを含むターボチャージャを有し、触媒を備えた排気浄化装置が前記タービン下流の排気通路に配置されている前記排気浄化装置の触媒冷却防止装置であって、前記タービン出口と前記コンプレッサ入口との間を接続する再循環流路と該再循環流路に備えた制御弁とからなる低圧ループのＥＧＲ装置と、該低圧ループのＥＧＲ装置と排気浄化装置との間の排気通路に備えた排気ブレーキと、エンジン制御装置と、タービン出口のガス温度を検出するガス温度計と、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記エンジン制御装置からの指令噴射量信号と前記ガス温度計によるガス温度及び触媒温度検出手段によって得られる触媒温度に基づいて触媒の活性が低下する低温の排気ガスが前記排気浄化装置に導かれないように前記制御弁及び排気ブレーキの制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置の触媒冷却防止装置。
2. 前記制御手段は、減速時にエンジン制御装置からの指令噴射量信号が無噴射信号で且つタービン出口のガス温度計によるガス温度が前記触媒温度検出手段によって得られる触媒温度よりも低い時には排気ブレーキを閉じると共に制御弁を開けてタービン出口の全ガスをコンプレッサ入口に循環する制御を行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置の触媒冷却防止装置。
3. 前記制御手段は、減速時にエンジン制御装置からの指令噴射量信号が設定値以下の低噴射量信号であり且つタービン出口のガス温度計によるガス温度が前記触媒温度検出手段によって得られる触媒温度よりも高い時には排気ブレーキを開けると共に制御弁を開けることによりタービン出口の排気ガスの一部をコンプレッサ入口に循環してＥＧＲ制御を行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置の触媒冷却防止装置。
4. 前記触媒温度検出手段は、排気浄化装置に備えられる触媒の前部に備えた前部温度計と後部に備えた後部温度計の夫々の検出温度の平均温度を触媒温度としていることを特徴とする請求項２又は３に記載の排気浄化装置の触媒冷却防止装置。
5. 前記制御手段は、排気ブレーキの作動指令が入力された際には制御弁と排気ブレーキを共に閉じる制御を行うようにしていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の排気浄化装置の触媒冷却防止装置。

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