JP2018197534A - Exhaust emission control device and control device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、排気浄化装置および制御装置に関する。 The present disclosure relates to an exhaust purification device and a control device.
従来、内燃機関からの排気ガス中に含まれる粒子状物質(以下、PMという)を捕集するフィルターとして、例えば、ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ(Diesel Particulate Filter、以下、DPF)が知られている。 Conventionally, as a filter for collecting particulate matter (hereinafter referred to as PM) contained in exhaust gas from an internal combustion engine, for example, a diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF) is known. Yes.
DPFにPMがある程度溜まった場合に、排気ガスを昇温させることにより、DPFを再生する必要がある。 When PM accumulates to some extent in the DPF, it is necessary to regenerate the DPF by raising the temperature of the exhaust gas.
ところで、排気ガスの温度は、エンジンのアイドリング時、低速走行時および無負荷運転時(以下、低負荷運転時と総称する)に低い。排気温度が低いほど、排気ガスを昇温させるために消費される燃料が多くなる。 By the way, the temperature of the exhaust gas is low during idling of the engine, during low-speed running, and during no-load operation (hereinafter collectively referred to as low-load operation). The lower the exhaust temperature, the more fuel consumed to raise the temperature of the exhaust gas.
本開示の目的は、燃費が悪化するのを防止することができる排気浄化装置および制御装置を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide an exhaust emission control device and a control device that can prevent deterioration in fuel consumption.
本開示の排気浄化装置は、
内燃機関からの排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集し、当該捕集した粒子状物質が燃焼されることにより再生されるフィルターと、
前記内燃機関へ導かれる吸気を冷却するインタークーラーと、
前記内燃機関の周辺の排熱を前記インタークーラーの周辺へ導くことにより、前記吸気の温度を調整する吸気温度調整部と、
を備える。
An exhaust emission control device of the present disclosure includes:
A filter that collects particulate matter contained in exhaust gas from the internal combustion engine and is regenerated by burning the collected particulate matter;
An intercooler for cooling the intake air led to the internal combustion engine;
An intake air temperature adjusting unit that adjusts the temperature of the intake air by guiding exhaust heat around the internal combustion engine to the periphery of the intercooler;
Is provided.
本開示の制御装置は、上記の排気浄化装置において、前記内燃機関が低負荷運転時であり、かつ、前記フィルターが再生される場合に、前記吸気の温度を調整させるように前記吸気温度調整部を制御する。 The control device according to the present disclosure is the above-described exhaust gas purification device, wherein the intake air temperature adjustment unit adjusts the intake air temperature when the internal combustion engine is in a low load operation and the filter is regenerated. To control.
本開示によれば、燃費が悪化するのを防止することができる。 According to the present disclosure, it is possible to prevent deterioration of fuel consumption.
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態は、自動車に搭載されたディーゼルエンジン(内燃機関)に本発明を適用した場合について説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a diesel engine (internal combustion engine) mounted on an automobile will be described.
まず、本実施の形態に係るディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)の概略構造について説明する。図1は、実施の形態に係るエンジン1の概略構成図である。 First, a schematic structure of a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine 1 according to the embodiment.
図1に示すように、エンジン1は、吸気マニホールド11、排気マニホールド12、ターボチャージャー13、エアクリーナー17、インタークーラー18、排気管20、排気通路30、温度センサー37、ラジエーター40および吸気温度調整部50を備える。また、エンジン1の運転制御を電気的な補助装置(吸気温度調整部50を含む)を用いて行う際に、それらを総合的に制御するECU100(本発明の「制御装置」に対応)が設けられている。
As shown in FIG. 1, the engine 1 includes an
吸気マニホールド11は、下流側吸気管16bを介してインタークーラー18に連結されている。インタークーラー18は、吸気管16を介してターボチャージャー13のコンプレッサー14に連結されている。コンプレッサー14は、上流側吸気管16aを介してエアクリーナー17に連結されている。
The
エアクリーナー17からの吸気は、上流側吸気管16aを通ってコンプレッサー14に吸引されて昇圧され、インタークーラー18を通って冷却されて、下流側吸気管16bを通って吸気マニホールド11からエンジン1に供給される。なお、エアクリーナー17から吸気マニホールド11に至る経路を「吸気系統」という場合がある。
The intake air from the
排気マニホールド12は、ターボチャージャー13のタービン15に連結されている。
The
タービン15は、排気通路30を介して排気管20に連結されている。エンジン1からの排気ガスは、タービン15を駆動した後、排気通路30を通って排気管20に排出される。
The
排気通路30には酸化触媒(Diesel Oxidation Catalyst:DOC)31と、ディーゼル微粒子捕集フィルター(Diesel particulate filter:DPF)32と、が設けられている。
An oxidation catalyst (Diesel Oxidation Catalyst: DOC) 31 and a diesel particulate filter (Diesel particulate filter: DPF) 32 are provided in the
DOC31は、排気ガスに含まれる一酸化炭素(CO)および炭化水素(HC)を酸化させる触媒である。
The
DPF32は、排気ガス中に含まれる粒子物質(PM)を捕集するフィルターである。DPF32に捕集されたPMは、排気ガスを昇温させることにより燃焼される。これにより、DPF32が再生される。以下の説明で、捕集されたPMを燃焼することをDPF32の再生という。
The
エンジン1の低負荷運転時には排気ガスの温度が低い。排気ガスの温度が低い場合、DPF32の再生時に排気ガスの温度を上げるために、多くの燃料を消費することは、燃費の悪化を招くことになる。
When the engine 1 is operated at a low load, the temperature of the exhaust gas is low. When the temperature of the exhaust gas is low, consuming a large amount of fuel in order to raise the temperature of the exhaust gas during regeneration of the
本実施の形態において、DPF32の再生時に排気ガスの温度を上げるために、エンジン1に供給される吸気が昇温される。
In the present embodiment, the intake air supplied to the engine 1 is heated to increase the temperature of the exhaust gas when the
ラジエーター40は、図1に示すように、エンジン1とインタークーラー18との間に配置されている。ラジエーター40にはエンジン1の冷却液が搬送される。ラジエーター40は、搬送された冷却液を外気との熱交換によって冷却させる熱交換器である。
As shown in FIG. 1, the
冷却回路41においては、図1に示すように、ラジエーター40を迂回するバイパス通路42が設けられている。これにより、冷却液Wは、ウオータポンプ43、エンジン1、サーモスタット44、ラジエーター40の順に循環する。また、冷却液Wは、ウオータポンプ43、エンジン1、サーモスタット44、バイパス通路42の順に循環する。
As shown in FIG. 1, the cooling circuit 41 is provided with a
図2は、エンジン1を概念的に示す正面図である。
吸気温度調整部50は、図2に示すように、ファン60、モーター62および電磁クラッチ(図示略)を有している。
FIG. 2 is a front view conceptually showing the engine 1.
As shown in FIG. 2, the intake air
ファン60は、図1に示すように、エンジン1とラジエーター40との間に配置されている。この実施の形態において、ファン60は、外気をラジエーター40に通過させるための冷却ファンである。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、ファン60は、モーター62が正転されることにより、時計回りの方向D1に回転し、モーター62が逆転されることにより、反時計回りの方向D2に回転する。
As shown in FIG. 2, the
電磁クラッチは、モーター62からファン60へ動力を伝達・遮断する。
The electromagnetic clutch transmits / cuts power from the
ファン60が時計回りの方向D1に回転した場合に、ファン60の送風方向はエンジン1に向かう方向B1(図1参照)となる。つまり、ファン60は、時計回りの方向D1に回転した場合に、外気をラジエーター40に通過させて、エンジン1側へ引っ張る。これにより、エンジン1の冷却液は外気により冷却される。
When the
ファン60が反時計回りの方向D2に回転した場合に、ファン60の送風方向はラジエーター40に向かう方向、さらに、その先のインタークーラー18に向かう方向B2(図1参照)となる。つまり、ファン60は、反時計回りの方向D2に回転した場合に、エンジン1の周辺の高温の空気(排熱)をインタークーラー18の周辺へ送風する。これにより、インタークーラー18は排熱により加熱される。その結果、エンジン1に供給される吸気は昇温される。
When the
次に、ECU100について説明する。 Next, the ECU 100 will be described.
ECU100は、図示しないCPU、ROM、RAM等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。ECU100の入力回路には、差圧センサー36及び温度センサー37が接続されている。ECU100の出力回路には、吸気温度調整部50(モーター62)が接続されている。
The ECU 100 includes a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like (not shown) and an input / output circuit. A
差圧センサー36は、排気通路30におけるDPF32より上流側と下流側との圧力差を検出する。
The
温度センサー37は、図1に示すように、冷却回路41におけるエンジン1の出口側に設けられている。温度センサー37は、エンジン1における冷却液の温度を検出する。なお、温度センサー37をラジエーター40や、エンジン1とラジエーター40とをつなぐ冷却液通路45(図1参照)に設けることで、冷却液の温度を検出してもよい。
As shown in FIG. 1, the
ECU100は、図1に示すように、排気浄化装置制御部101および温度調整制御部102を有する。
The
排気浄化装置制御部101は、差圧センサー36の検出結果に基づいてDPF32のPM捕集量を推定する。排気浄化装置制御部101は、推定したPM捕集量に基づいて、DPF32を再生するか否かを判定する。
The exhaust purification
排気浄化装置制御部101は、例えば、車速、エンジン回転数、燃料噴射量に基づいて、エンジン1が低負荷運転時であるか否かを判断する。
The exhaust emission control
排気浄化装置制御部101は、温度センサー37の検出結果に基づいて、冷却液の温度が予め定められた閾値を超えるか否かを判断する。
Based on the detection result of the
温度調整制御部102は、エンジン1が低負荷運転時であり、かつ、DPF32が再生される場合に、ファン60を反時計回りの方向D2に回転させることで、ファン60の送風方向がインタークーラー18に向かう方向B2になるように吸気温度調整部50(モーター62)を制御する。これにより、エンジン1の周辺の排熱がインタークーラー18の周辺へ送風される。その結果、インタークーラー18が排熱により加熱されるため、吸気が昇温される。
When the engine 1 is in a low load operation and the
温度調整制御部102は、上記以外の場合に、ファン60を時計回りの方向D1に回転させることで、ファン60の送風方向がエンジン1に向かう方向B1になるように吸気温度調整部50を制御する。これにより、外気がラジエーター40を通過して、エンジン1へ引っ張られる。その結果、エンジン1の冷却液が冷却される。
In cases other than the above, the temperature
温度調整制御部102は、エンジン1が低負荷運転時であり、かつ、DPF32が再生される場合であっても、エンジン1の冷却液の温度が予め定められた閾値を超える場合、ファン60の送風方向がエンジン1に向かう方向B1になるように吸気温度調整部50を制御する。これにより、冷却液の温度が予め定められた閾値から上昇するのを抑えることができる。
Even when the engine 1 is in a low-load operation and the
<DPF32の再生処理>
次に、DPF32の再生処理の一例について図3を参照して説明する。DPF32の再生処理は、エンジン1の始動により開始される。以下、排気浄化装置制御部101および温度調整制御部102をECU100として説明する。
<
Next, an example of the regeneration process of the
ステップS100において、ECU100はエンジン1の低負荷運転時であるか否かを判断する。低負荷運転時の場合(ステップS100:YES)、処理はステップS110に移る。エンジン1の低負荷運転時でない場合(ステップS100:NO)、処理はステップS140に移る。
In step S100, the
ステップS110において、ECU100は、DPF32が再生される場合であるか否かを判断する。
In step S110, the
DPF32が再生される場合(ステップS110:YES)、処理はステップS120に移る。DPF32が再生されない場合(ステップS110:NO)、処理はステップS140に移る。
When the
ステップS120において、ECU100は、エンジン1の冷却液の温度が閾値を超えているか否かを判断する。冷却液の温度が閾値を超えている場合(ステップS120:YES)、処理はステップS140に移る。冷却液の温度が閾値を超えていない場合(ステップS120:NO)、処理はステップS130に移る。
In step S120, the
ステップS130において、ECU100は、ファン60の送風方向がインタークーラー18に向かう方向B2になるように吸気温度調整部50(モーター62)を制御する。
In step S130, the
ステップS140において、ECU100は、ファン60の送風方向がエンジン1に向かう方向B1になるように吸気温度調整部50を制御する。
In step S140, the
<本実施の形態の効果>
以上のように、本実施の形態に係る排気浄化装置は、エンジン1とインタークーラー18との間に配置され、エンジン1の周辺の排熱をインタークーラー18の周辺へ導くことにより、吸気の温度を調整する吸気温度調整部50と、エンジン1が低負荷運転時であり、かつ、DPF32が再生される場合に、吸気の温度を調整させるように吸気温度調整部50を制御する温度調整制御部102と、を備える。これにより、DPF32の再生時に、吸気の温度が上昇する。その結果、排気ガスの温度が上昇し、排気ガスを昇温させるために消費される燃料が少なくて済むため、燃費が悪化するのを防止することができる。
<Effects of the present embodiment>
As described above, the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment is disposed between the engine 1 and the
また、ファン60として冷却ファンが用いられている。これにより、ファン60を新たに設ける必要がないため、ファン60を新たに設ける場合に比較して、吸気温度調整部50を車両に搭載し易くなる。
A cooling fan is used as the
<本実施の形態の変形例>
次に、本実施の形態の変形例について説明する。変形例では、上記実施の形態と異なる構成について主に説明し、同じ構成の説明を省略する。
<Modification of the present embodiment>
Next, a modification of the present embodiment will be described. In the modification, the configuration different from the above embodiment will be mainly described, and the description of the same configuration will be omitted.
(変形例1)
先ず、変形例1について図4を参照して説明する。なお、図4では冷却回路41(図1参照)を省略して示す。
上記実施の形態では、温度調整制御部102は、ファン60の送風方向を変更することにより、吸気の温度を調整させるように吸気温度調整部50(モーター62)を制御する。
(Modification 1)
First, Modification 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the cooling circuit 41 (see FIG. 1) is omitted.
In the above embodiment, the temperature
これに対し、変形例1では、図4に示すように、吸気温度調整部50Aは、ファン60Aおよびダクト61Aを有している。ダクト61Aは、インタークーラー18の近傍からターボチャージャー13の近傍へ延在している。ファン60Aは、ダクト61A内に設けられている。
On the other hand, in the first modification, as shown in FIG. 4, the intake air
温度調整制御部102は、エンジン1が低負荷運転時であり、かつ、DPF32が再生される場合に、ファン60Aを正方向に回転させて、ターボチャージャー13の周辺の排熱をダクト61Aによってインタークーラー18の周辺へ送風し、高温の空気がインタークーラー18を通過することにより、吸気の温度を調整させるように吸気温度調整部50Aを制御する。
When the engine 1 is in a low load operation and the
温度調整制御部102は、上記以外の場合に、ファン60Aの回転を停止させるように吸気温度調整部50Aを制御する。これにより、例えば車両走行時に、外気がダクト61Aによってターボチャージャー13へ送風されるため、ターボチャージャー13の温度上昇を抑えることが可能となる。
In other cases, the temperature
なお、変形例1では、温度調整制御部102は、ファン60Aの送風量を変更することにより、吸気の温度を調整させるように吸気温度調整部50Aを制御してもよい。具体的に、温度調整制御部102は、ファン60Aの回転数を上げることによって、排熱の送風量を増やして、吸気の温度を上げるように吸気温度調整部50Aを制御する。
In the first modification, the temperature
また、変形例1では、ファン60Aは、ダクト61A内の空気の流れ方向において、エンジン1(ターボチャージャー13)とインタークーラー18との間に配置されている。これに限らず、ファン60Aは、例えば、エンジン1とインタークーラー18とが対向するように配置されている場合に、ダクト61Aを介さずに、エンジン1とインタークーラー18との間に配置されてもよい。
In Modification 1,
(変形例2)
次に、変形例2について説明する。
図1に示すように、DPF32の上流にDOC31が配置されている。DPF32の再生は、DOC31へ燃料を供給し、DOC31を活性化させて、その発熱を利用することにより行われる。
(Modification 2)
Next, Modification 2 will be described.
As shown in FIG. 1, the
変形例2において、温度調整制御部102は、DOC31へ燃料の供給が行われない場合、高温の新気が吸気系統へ吸気されるように吸気温度調整部50(モーター62)を制御してもよい。これにより、低い排気温度によるDOC31の温度低下が抑制され、続く加速等で燃料噴射時の排気ガスに対するDOC31の浄化率を高くすることができる。
In the second modification, the temperature
(変形例3)
次に、変形例3について説明する。
排気通路30に、窒素酸化物(NOx)を吸蔵、還元するNOx吸蔵還元型触媒(Lean NOx Traps:LNT)が配置される場合、温度調整制御部102は、LNTに吸蔵されたNOxが還元される場合、高温の新気が吸気系統へ吸気されるように吸気温度調整部50(モーター62)を制御する。
(Modification 3)
Next, Modification 3 will be described.
When a NOx occlusion reduction type catalyst (Lean NOx Traps: LNT) that occludes and reduces nitrogen oxide (NOx) is disposed in the
LNTは、排気温度が吸蔵温度であり、かつ、排気空燃比がリーン状態である場合、排気ガス中のNOxを吸蔵する。LNTは、排気温度が吸蔵温度より高い予め定められた温度であり、かつ、排気空燃比がリッチ状態である場合、吸蔵しているNOxをLNTから除去(離脱)する。 The LNT occludes NOx in the exhaust gas when the exhaust temperature is the occlusion temperature and the exhaust air-fuel ratio is in a lean state. LNT removes (leaves) the stored NOx from the LNT when the exhaust temperature is a predetermined temperature higher than the storage temperature and the exhaust air-fuel ratio is in a rich state.
LNTに吸蔵されたNOxが還元される場合、高温の空気を吸入することにより、排気温度を上昇させることができるために、NOxを還元するために消費される燃料が少なくて済む。 When NOx stored in the LNT is reduced, the exhaust gas temperature can be raised by inhaling high-temperature air, so that less fuel is consumed to reduce NOx.
(変形例4)
また、上記実施の形態では、温度調整制御部102は、エンジン1が低負荷運転時であり、かつ、DPF32が再生される場合に、高温の空気が吸気系統に吸気されるように吸気温度調整部50(モーター62)を制御する。本発明はこれに限らず、温度調整制御部102は、手動操作によりDPF32が再生される場合に、高温の空気が吸気系統に吸気されるように吸気温度調整部50を制御してもよい。これによっても、燃費の悪化を防止することができる。
(Modification 4)
In the above embodiment, the temperature
なお、上記実施の形態では、ファン60として電動式の冷却ファンを用いた。本発明はこれに限らず、ファン60は、DPF32の再生時と通常運転時とで、送風方向を変更させることが可能であれば、機械式であってもよい。機械式のファン60において、温度調整制御部102は、エンジン1が低負荷運転時であり、かつ、DPF32が再生される場合とそれ以外の場合とで、ファン60の回転方向を変更するようにモーター62を制御すればよい。
In the above embodiment, an electric cooling fan is used as the
また、上記実施の形態では、ファン60の送風方向を変更するために、ファン60の回転方向を変更したが、ファン60の向きを変更してもよい。
Moreover, in the said embodiment, in order to change the ventilation direction of the
なお、ファン60の向きの変更は、自動で行われてもよい。また、ファン60を付け替えることにより、ファン60の向きを手動で変更できるように構成してもよい。これにより、例えば、車両の保守点検時において、DPF32の再生を簡単に行うことができる。
Note that the direction of the
上記実施の形態では、ファン60はラジエーター40を冷却するものである。本発明はこれに限らず、ファン60は、ラジエーター40の側方あるいは下方、または、エンジン1の上方に配置されるインタークーラー18を冷却するための電動ファンであってもよい。この電動ファンの回転方向を変更することで、エンジン1近傍の高温の空気をインタークーラー18の近傍へ導くことにより、吸気を温めることが可能となる。
In the above embodiment, the
また、上記実施の形態では、DPF32を再生する技術について説明したが、本発明はこれに限らず、GPF(Gasoline particulate filter)を再生する技術にも適用することができる。
In the above embodiment, the technique for regenerating the
本開示の排気浄化装置は、燃費が悪化するのを防止することが要求されるディーゼルエンジンを搭載した車両として有用である。 The exhaust emission control device of the present disclosure is useful as a vehicle equipped with a diesel engine that is required to prevent deterioration in fuel consumption.
1 エンジン
11 吸気マニホールド
12 排気マニホールド
13 ターボチャージャー
14 コンプレッサー
15 タービン
16 吸気管
16a 上流側吸気管
16b 下流側吸気管
17 エアクリーナー
18 インタークーラー
20 排気管
30 排気通路
31 DOC
32 DPF
36 差圧センサー
37 温度センサー
40 ラジエーター
41 冷却回路
42 バイパス通路
43 ウオータポンプ
44 サーモスタット
45 冷却液通路
50、50A 吸気温度調整部
60、60A ファン
61A ダクト
62 モーター
100 ECU
101 排気浄化装置制御部
102 温度調整制御部
1
32 DPF
36
101 exhaust purification
Claims (8)
前記内燃機関へ導かれる吸気を冷却するインタークーラーと、
前記内燃機関の周辺の排熱を前記インタークーラーの周辺へ導くことにより、前記吸気の温度を調整する吸気温度調整部と、
を備える、排気浄化装置。 A filter that collects particulate matter contained in exhaust gas from the internal combustion engine and is regenerated by burning the collected particulate matter;
An intercooler for cooling the intake air led to the internal combustion engine;
An intake air temperature adjusting unit that adjusts the temperature of the intake air by guiding exhaust heat around the internal combustion engine to the periphery of the intercooler;
An exhaust emission control device.
Even when the internal combustion engine is in a low-load operation and the filter is regenerated, when the temperature of the coolant of the internal combustion engine exceeds a predetermined threshold, the outside air is supplied to the radiator. The control device according to claim 7, wherein the cooling fan is controlled to pass.
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2017
- 2017-05-24 JP JP2017103068A patent/JP2018197534A/en active Pending
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CN115111050A (en) * | 2022-07-29 | 2022-09-27 | 北京三一智造科技有限公司 | Heat management method for engineering machinery engine of heat dissipation device |
CN115111050B (en) * | 2022-07-29 | 2024-01-02 | 北京三一智造科技有限公司 | Heat management method of engineering mechanical engine of heat radiator |
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