JP2012112374A - Exhaust gas post-treatment system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガスの後処理システムに係り、より詳細には、直噴ガソリンエンジンの排気ガス中の粒子状物質を濾過するガソリン粒子フィルタを備える排気ガス後処理システムに関する。 The present invention relates to an exhaust gas aftertreatment system, and more particularly, to an exhaust gas aftertreatment system including a gasoline particle filter that filters particulate matter in exhaust gas of a direct injection gasoline engine.
一般に、直噴ガソリン(GDI:gasoline direct injection)エンジン(以下、単に「エンジン」と記した場合は直噴ガソリンエンジンを意味する)は、シリンダ内に空気を流入させ、シリンダ内へ燃料を直接噴射する。エンジンは、ディーゼルエンジンよりは少ないものの、一定量の粒子状物質を排気ガスと共に排出する。 Generally, a direct injection gasoline (GDI) engine (hereinafter simply referred to as “engine” means direct injection gasoline engine) flows air into a cylinder and directly injects fuel into the cylinder. To do. Although the engine is less than a diesel engine, it discharges a certain amount of particulate matter along with the exhaust gas.
このような粒子状物質を低減させるために、エンジンにおいてもガソリン粒子フィルタ(GPF:gasoline particulate filter)が装着されることもある(例えば特許文献1を参照)。しかし、ガソリン粒子フィルタを装着した場合は、ガソリン粒子フィルタの空気抵抗によって排気ラインの排圧が増加し、これによってエンジンの出力が減少し、燃料消費効率が低下するという問題点が起こることがある。 In order to reduce such particulate matter, a gasoline particle filter (GPF: gasoline particulate filter) may also be mounted in the engine (see, for example, Patent Document 1). However, when a gasoline particle filter is installed, the exhaust pressure of the exhaust line increases due to the air resistance of the gasoline particle filter, which may cause a problem that the engine output decreases and the fuel consumption efficiency decreases. .
かかる課題を解決するためになされた本発明の目的は、直噴ガソリンエンジンの排気ラインに、排気ガス中の粒子状物質を除去するガソリン粒子フィルタを装着する場合に起こる、エンジン出力の低下と燃料消費量の増大とを減少させることができるエンジンの排気ガス後処理システムを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention, which has been made to solve such a problem, is a reduction in engine output and fuel that occurs when a gasoline particle filter for removing particulate matter in exhaust gas is attached to an exhaust line of a direct injection gasoline engine. It is an object to provide an engine exhaust gas aftertreatment system capable of reducing an increase in consumption.
本発明による排気ガス後処理システムは、エンジンから排出される排気ガスが通過する排気ラインと、排気ラインに設けられ、排気ガス中の粒子状物質を濾過するガソリン粒子フィルタと、排気ガスがガソリン粒子フィルタをバイパスするように排気ラインに設けられるバイパスラインと、エンジンの運転条件を検知し、検知した運転条件に対応して、排気ガスがガソリン粒子フィルタを通過するようにしたり、または、ガソリン粒子フィルタを通過せずにバイパスラインを通過するように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。 An exhaust gas aftertreatment system according to the present invention includes an exhaust line through which exhaust gas discharged from an engine passes, a gasoline particle filter that is provided in the exhaust line and filters particulate matter in the exhaust gas, and the exhaust gas is gasoline particles. The bypass line provided in the exhaust line so as to bypass the filter and the engine operating condition are detected, and the exhaust gas passes through the gasoline particle filter or the gasoline particle filter corresponding to the detected operating condition. And a control unit that controls to pass through the bypass line without passing through.
また本発明は、更にガソリン粒子フィルタに流入する排気ガスを選択的に遮断するメインバルブを、ガソリン粒子フィルタの前端部に備え、制御部がメインバルブを閉じて、排気ガスがバイパスラインを通過するように制御する。
また本発明は、バイパスラインに、バイパスラインを通過する排気ガスを選択的に遮断するバイパスバルブを更に備える。
The present invention further includes a main valve for selectively blocking the exhaust gas flowing into the gasoline particle filter at the front end of the gasoline particle filter, the control unit closes the main valve, and the exhaust gas passes through the bypass line. To control.
In the present invention, the bypass line further includes a bypass valve for selectively blocking the exhaust gas passing through the bypass line.
また本発明の制御部は、排気ラインに設けられたガソリン粒子フィルタを加熱するためのヒーティングロジックが実施されている場合は、排気ガスをガソリン粒子フィルタを通過させるよう制御する。
また、エンジンの回転数を測定し、エンジンの回転数が設定値を超えている場合は、排気ガスをガソリン粒子フィルタを通過させるよう制御する。
Moreover, the control part of this invention controls exhaust gas to pass a gasoline particle filter, when the heating logic for heating the gasoline particle filter provided in the exhaust line is implemented.
Further, the engine speed is measured, and if the engine speed exceeds the set value, the exhaust gas is controlled to pass through the gasoline particle filter.
また、エンジンの冷却水温を測定し、エンジンの冷却水温が設定値未満である場合は、排気ガスをガソリン粒子フィルタを通過させるよう制御する。
また、エンジンオイルの温度を測定し、エンジンオイルの温度が設定値未満である場合は、排気ガスをガソリン粒子フィルタを通過させるよう制御する。
また、車両の速度を測定し、車両の速度が設定値以上である場合は、排気ガスを、ガソリン粒子フィルタを通過させるよう制御する。
Further, the engine coolant temperature is measured, and if the engine coolant temperature is lower than the set value, the exhaust gas is controlled to pass through the gasoline particle filter.
Further, the temperature of the engine oil is measured, and if the temperature of the engine oil is less than a set value, the exhaust gas is controlled to pass through the gasoline particle filter.
Further, the vehicle speed is measured, and if the vehicle speed is equal to or higher than the set value, the exhaust gas is controlled to pass through the gasoline particle filter.
また本発明は、排気ラインに設けられたガソリン粒子フィルタを加熱させるためのヒーティングロジックが行われておらず、エンジンの回転数が設定値以上であり、エンジンの冷却水温が設定値以上であり、エンジンのオイル温度が設定値以上であり、車両の速度が設定値未満であるとき、制御部が、排気ガスをバイパスラインを介して排出されるよう制御する。 In the present invention, heating logic for heating the gasoline particle filter provided in the exhaust line is not performed, the engine speed is equal to or higher than the set value, and the engine coolant temperature is equal to or higher than the set value. When the engine oil temperature is equal to or higher than the set value and the vehicle speed is lower than the set value, the control unit controls the exhaust gas to be discharged through the bypass line.
本発明による直噴ガソリンエンジンの排気ガス後処理システムは、制御部が、エンジンの運転条件に対応して排気ガスがガソリン粒子フィルタを通過したりバイパスしたりするように制御することによって、排気ラインの排圧の増加によるエンジン出力の低下及び燃料消費の増大という問題を軽減することができる。 In the exhaust gas aftertreatment system for a direct injection gasoline engine according to the present invention, the control unit controls the exhaust gas to pass through or bypass the gasoline particle filter in accordance with the operating condition of the engine. The problem of a decrease in engine output and an increase in fuel consumption due to an increase in exhaust pressure can be reduced.
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る排気ガス後処理システムの好ましい実施形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の1実施形態に係る排気ガス後処理システムの概略的な構成図である。
図1に示すように、排気ガス後処理システムは、エンジン100、排気ライン110、ガソリン粒子フィルタ130、バイパスライン140、メインバルブ120、バイパスバルブ150、及び制御部160を備える。
Hereinafter, a preferred embodiment of an exhaust gas aftertreatment system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust gas aftertreatment system according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the exhaust gas aftertreatment system includes an
エンジン100は、直噴ガソリンエンジンであって、シリンダ内へ燃料を直接噴射する構造を有する。
ガソリン粒子フィルタ130は、エンジン100から排出され排気ライン110を流れる排気ガスに含まれる粒子状物質を濾過する。
The
排気ライン110には、ガソリン粒子フィルタ130をバイパスするバイパスライン140が設けられ、バイパスライン140には、バイパスライン140を開閉するバイパスバルブ150が設けられる。また、排気ライン110のガソリン粒子フィルタ130の前端部には、ガソリン粒子フィルタ130に流入する排気ガスを遮断するメインバルブ120が設けられる。
The
従って、制御部160の指令によって、メインバルブ120が閉じられ、バイパスバルブ150が開かれると、排気ライン110を通過する排気ガスは、ガソリン粒子フィルタ130を通過せずに、バイパスライン140にバイパスされる。
また、制御部160の指令によって、メインバルブ120が開かれバイパスバルブ150が閉じられると、排気ガスは、ガソリン粒子フィルタ130を通過し、バイパスライン140は通過しない。
Therefore, when the
Further, when the
排気ガスがガソリン粒子フィルタ130を通過する場合、ガソリン粒子フィルタ130の抵抗によって排気ライン110の排圧が上昇して、エンジン出力が低下し、燃料消費が増大するという問題点がある。
本発明の実施形態では、エンジンの運転条件に対応して、制御部160が排気ガスをバイパスライン140を介してバイパスさせるよう制御することによって燃料消費を低減させ、出力低下を防止する。
When the exhaust gas passes through the
In the embodiment of the present invention, the
制御部160は、エンジン100を効率的に運転するために、触媒(酸化触媒、ガソリン粒子フィルタ130等)を加熱するロジックの実行と、エンジン100の回転数、冷却水温、オイル温度、及び車速の測定を行う。
The
図2は、本発明の1実施形態に係る排気ガス後処理システム制御のフローチャートである。
図2に示すように、制御部160は、S200で制御を開始し、S210でエンジン100の始動を指令する。
FIG. 2 is a flowchart of exhaust gas aftertreatment system control according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2,
制御部160は、S220で、触媒(酸化触媒、ガソリン粒子フィルタ等)を加熱するヒーティングロジックが実行されているか否かを判断する。ここで触媒は、ガソリン粒子フィルタを含む排気ラインに設けられている全ての触媒を含む。S220で触媒を加熱するためのヒーティングロジックが実行されている場合(S220、Yes)、制御部160はS280で排気ガスがガソリン粒子フィルタ130を通過するよう制御する。
In S220,
S220で触媒を加熱するためのヒーティングロジックが実行されていない場合(S220、No)、制御部160は、S230でエンジン100の回転数(RPM:rotation per minute)が設定数値「A」を超えているか否かを判断する。エンジン100の回転数が設定数値「A」を超えている場合(S230、Yes)、制御部160は、S280で排気ガスがガソリン粒子フィルタ130を通過するよう制御する。
When the heating logic for heating the catalyst is not executed in S220 (S220, No), the
S230でエンジン100の回転数が設定数値「A」を超えていない場合(S230、No)、制御部160は、S240でエンジン100の冷却水温が設定温度「B」未満であるか否かを判断する。冷却水温が設定温度「B」未満である場合(S240、Yes)、制御部160は、S280で排気ガスがガソリン粒子フィルタ130を通過するよう制御する。
When the rotation speed of the
S240で冷却水温が設定温度「B」を超えている場合(S240、No)、制御部160は、S250で、エンジン100のオイル温度が設定温度「C」未満であるか否かを判断する。オイル温度が設定温度「C」未満である場合(S250、Yes)、制御部160は、S280で排気ガスがガソリン粒子フィルタ130を通過するよう制御する。
When the cooling water temperature exceeds the set temperature “B” in S240 (S240, No), the
S250で、エンジン100のオイル温度が設定温度「C」を超えている場合(S250、No)、制御部160は、S260で、車両の速度が設定速度「D」を超えるか否かを判断する。車速が設定速度「D」を超えている場合(S260、Yes)、制御部160はS280で、排気ガスがガソリン粒子フィルタ130を通過するよう制御する。
If the oil temperature of
S220で触媒のヒーティングロジックが行われず、S230でエンジン100の回転数が設定値「A」以下であり、S240で冷却水温が設定値「B」以上であり、S250でオイル温度が設定値「C」以上であり、且つ、S260で車両の速度が設定値「D」以下である場合、制御部160は、S270で排気ガスがバイパスライン140を通過し、ガソリン粒子フィルタ130を通過しないように制御する。
これによって、排気ガスの排圧が減少し、出力低下及び燃料消費量の増加を未然に防止することができる。
In S220, the catalyst heating logic is not performed. In S230, the rotational speed of the
As a result, the exhaust gas exhaust pressure decreases, and it is possible to prevent a decrease in output and an increase in fuel consumption.
図3は、本発明の1実施形態に係る排気ガス後処理システムのエンジンの運転条件と排気ガス粒子の量との関係を示すグラフである。
図3は、横軸が時間を示し、縦軸が排気ガスに含まれている粒子状物質(PM:particulate matters)、冷却水温、オイル温度、触媒温度(ガソリン粒子フィルタの温度)、及び排気温度を示す。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the engine operating conditions and the amount of exhaust gas particles of the exhaust gas aftertreatment system according to one embodiment of the present invention.
In FIG. 3, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents particulate matter (PM) contained in the exhaust gas, the cooling water temperature, the oil temperature, the catalyst temperature (the temperature of the gasoline particle filter), and the exhaust temperature. Indicates.
図3に示すように、排気ガスに含まれている粒子状物質の量は、エンジンの冷却水温、オイル温度、触媒温度、及び排気ガス温度と相関関係を有する。特に、冷却水温が低いほど、粒子状物質の排出量が多く、オイル温度が低いほど、粒子状物質の排出量が多い。
また、触媒温度及び排気ガス温度が低いほど、粒子状物質の排出量が多い。図示されていないが、エンジン100の回転数と車速との両方との相関的な関連性があり、回転数が高く、且つ車速が高いと、粒子状物質の排出量が多くなる。
As shown in FIG. 3, the amount of particulate matter contained in the exhaust gas has a correlation with the engine coolant temperature, the oil temperature, the catalyst temperature, and the exhaust gas temperature. In particular, the lower the cooling water temperature, the greater the amount of particulate matter discharged, and the lower the oil temperature, the greater the amount of particulate matter discharged.
Further, the lower the catalyst temperature and the exhaust gas temperature, the larger the amount of particulate matter discharged. Although not shown in the figure, there is a correlation between both the rotational speed of
図4は、本発明の1実施形態に係る排気ガス後処理システムのエンジンの運転条件とガソリン粒子フィルタとの関係を示すグラフである。
図4は、横軸がエンジン100の回転数を示し、縦軸が出力(power)及びトルク(torque)を示す。図4において、「TWC」は三元触媒を示し、「GPF」はガソリン粒子フィルタ130を示し、「bare」は触媒がないことを示し、「2X」及び「3X」は触媒の量を示す。
図4は、触媒がコーティングされたガソリン粒子フィルタ130を排気ガスが通過すると、エンジン100の出力及びトルクが減少することを示している。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the engine operating conditions and the gasoline particle filter of the exhaust gas aftertreatment system according to one embodiment of the present invention.
In FIG. 4, the horizontal axis indicates the rotation speed of the
FIG. 4 shows that the output and torque of the
図5は、本発明の1実施形態に係る排気ガス後処理システムのガソリン粒子フィルタと燃料消費量との関係を示すグラフである。
図5は、横軸が三元触媒(TWC)とガソリン粒子フィルタ(GPF)との組み合わせを示し、縦軸が単位燃料消費量を示す。ここで「bare」は触媒がないことを示し、「2X」及び「3X」は触媒の量を示す。
図5は、ガソリン粒子フィルタ130が装着されたり、または、触媒の量が増えるほど、単位燃料消費量が増加することを示している。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between a gasoline particle filter and fuel consumption in an exhaust gas aftertreatment system according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 5, the horizontal axis represents a combination of a three-way catalyst (TWC) and a gasoline particle filter (GPF), and the vertical axis represents unit fuel consumption. Here, “bare” indicates that there is no catalyst, and “2X” and “3X” indicate the amount of catalyst.
FIG. 5 shows that the unit fuel consumption increases as the
図6は、本発明の1実施形態に係る排気ガス後処理システムのエンジン冷却水温と排気ガスに含まれている粒子量との関係を示すグラフである。
図6は、横軸が時間を示し、縦軸が冷却水温及び燃料の噴射条件に応じた粒子の量を示す。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the engine coolant temperature and the amount of particles contained in the exhaust gas in the exhaust gas aftertreatment system according to one embodiment of the present invention.
In FIG. 6, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the amount of particles according to the cooling water temperature and the fuel injection conditions.
図6に示すように、冷却水温と燃料の噴射条件に対応して排気ガスに含まれて排出される粒子状物質の量が異なって分布される。特に、冷却水温が上昇するほど、排気ガスに含まれて排出される粒子状物質の量は少なくなる。
以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
As shown in FIG. 6, the amount of particulate matter contained and discharged in the exhaust gas is distributed differently according to the cooling water temperature and the fuel injection conditions. In particular, as the cooling water temperature rises, the amount of particulate matter contained and discharged in the exhaust gas decreases.
As mentioned above, although preferred embodiment regarding this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, All the changes in the range which does not deviate from the technical scope to which this invention belongs are included.
100 エンジン
110 排気ライン
120 メインバルブ
130 ガソリン粒子フィルタ(GPFフィルタ)
140 バイパスライン
150 バイパスバルブ
160 制御部
100
140
Claims (9)
前記排気ラインに設けられ、前記排気ガス中の粒子状物質を濾過するガソリン粒子フィルタと、
前記排気ガスが前記ガソリン粒子フィルタをバイパスするように前記排気ラインに設けられるバイパスラインと、
前記エンジンの運転条件を検知し、検知した運転条件に対応して、前記排気ガスが前記ガソリン粒子フィルタを通過するようにしたり、または、前記ガソリン粒子フィルタを通過せずに、前記バイパスラインを通過するようにする制御部と、
を備えることを特徴とする排気ガス後処理システム。 An exhaust line through which exhaust gas discharged from a direct injection gasoline engine (hereinafter simply referred to as an engine) passes,
A gasoline particle filter provided in the exhaust line for filtering particulate matter in the exhaust gas;
A bypass line provided in the exhaust line so that the exhaust gas bypasses the gasoline particle filter;
The engine operating condition is detected, and the exhaust gas passes through the gasoline particle filter or passes through the bypass line without passing through the gasoline particle filter in accordance with the detected operating condition. A control unit to do,
An exhaust gas aftertreatment system comprising:
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