JP2019049243A - Exhaust system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気システムに関する。 The present invention relates to an exhaust system.
従来、排ガスに含まれる粒子状物質(PM)などの有害成分を分解する装置として、プラズマリアクターが知られている(例えば、特許文献1参照)。 BACKGROUND Conventionally, a plasma reactor is known as an apparatus for decomposing harmful components such as particulate matter (PM) contained in exhaust gas (see, for example, Patent Document 1).
このプラズマリアクターは、複数の電極パネルを備える。電極パネルは、排ガスが流れる方向に沿って延びる。複数の電極パネルは、互いに間隔を隔てて並んでいる。 The plasma reactor comprises a plurality of electrode panels. The electrode panel extends along the direction in which the exhaust gas flows. The plurality of electrode panels are spaced apart from one another.
しかし、特許文献1に記載されるようなプラズマリアクターでは、排ガスの温度が急激に変化した場合に、排ガスによって、電極パネルが急激に加熱または冷却されて破損する可能性がある。
However, in the plasma reactor as described in
そこで、本発明の目的は、プラズマリアクターの電極が破損することを抑制できる排気システムを提供することにある。 Then, the objective of this invention is providing the exhaust system which can suppress that the electrode of a plasma reactor is damaged.
本発明は、エンジンから排出される排ガスを排気するための排気管と、前記排気管の途中に介在され、前記排ガスに含まれる成分を分解するプラズマリアクターと、前記エンジンと前記プラズマリアクターとの間において前記排気管から分岐し、前記プラズマリアクターを迂回して前記排ガスを排気するためのバイパス管と、前記排気管から前記バイパス管へ流れる排ガスの流量を調節するためのバルブと、前記バルブの開度を制御する制御部とを備え、前記制御部が、前記排ガスの温度の変化量を計算する計算ステップと、前記変化量に基づいて、前記バルブの開度を調節する調節ステップとを実行する、排気システムを含む。 According to the present invention, an exhaust pipe for exhausting exhaust gas discharged from an engine, a plasma reactor interposed in the middle of the exhaust pipe and decomposing components contained in the exhaust gas, and between the engine and the plasma reactor A bypass pipe branched from the exhaust pipe and bypassing the plasma reactor to exhaust the exhaust gas, a valve for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing from the exhaust pipe to the bypass pipe, and opening of the valve A control unit that controls the degree of change, and the control unit executes a calculation step of calculating the amount of change in the temperature of the exhaust gas, and an adjustment step of adjusting the degree of opening of the valve based on the amount of change. , Including exhaust system.
このような構成によれば、排ガスの温度の変化量に基づいて、バルブの開度を調節し、排ガスの少なくとも一部をバイパス管に流すことができる。 According to such a configuration, it is possible to adjust the opening degree of the valve based on the amount of change in the temperature of the exhaust gas and allow at least a part of the exhaust gas to flow through the bypass pipe.
そのため、排ガスの温度が急激に変化した場合に、プラズマリアクターに流入する排ガスの量を低減することができる。 Therefore, when the temperature of the exhaust gas changes rapidly, the amount of the exhaust gas flowing into the plasma reactor can be reduced.
その結果、プラズマリアクターの電極が排ガスによって急激に加熱または冷却されることを抑制し、プラズマリアクターの電極が破損することを抑制できる。 As a result, it is possible to suppress rapid heating or cooling of the electrode of the plasma reactor by the exhaust gas, and to suppress breakage of the electrode of the plasma reactor.
本発明によれば、プラズマリアクターの電極が破損することを抑制できる。 According to the present invention, breakage of the electrode of the plasma reactor can be suppressed.
1.排気システムの構成
図1に示すように、排気システム1は、例えば、車両100に搭載される。
1. Configuration of Exhaust System As shown in FIG. 1, the
車両100は、エンジン101と、バッテリー102を含む電気システムと、エンジン101に吸気するための図示しない吸気システムと、エンジン101に燃料を供給するための図示しない燃料噴射システムと、エンジン101から排気するための排気システム1とを備える。なお、車両100は、エンジン101の回転数(エンジン回転数)を計測するための図示しない回転数センサや、エンジン101の冷却水の温度(水温)を計測するための図示しない水温センサを備える。回転数センサは、エンジン回転数に応じた電気信号を出力する。回転数センサは、図示しない信号配線を介して、後述する制御部6に電気的に接続される。これにより、制御部6は、回転数センサから、エンジン回転数に応じた電気信号を受信可能である。また、水温センサは、水温に応じた電気信号を出力する。水温センサは、図示しない信号配線を介して、制御部6に電気的に接続される。これにより、制御部6は、水温センサから、水温に応じた電気信号を受信可能である。
排気システム1は、排気管2と、プラズマリアクター3と、バイパス管4と、バルブ5と、制御部6とを備える。
The
(1)排気管
排気管2は、エンジン101から排出される排ガスを排気するための配管である。排気管2は、エンジン101に接続される。排気管2を通過した排ガスは、車外に排出される。
(1) Exhaust pipe The exhaust pipe 2 is a pipe for exhausting the exhaust gas discharged from the
なお、排気管2の途中(例えば、後述するバイパス管4の上流端4Aと、後述するプラズマリアクター3の入口3Aとの間)には、プラズマリアクター3に導入される排ガスの流量(排ガス流量M)を測定するための図示しない流量計が取り付けられる。流量計は、排ガス流量Mに応じた電気信号を出力する。流量計は、図示しない信号配線を介して、制御部6に電気的に接続される。これにより、制御部6は、流量計から、排ガス流量Mに応じた電気信号を受信可能である。
In the middle of the exhaust pipe 2 (for example, between the
また、排ガス流量Mは、吸入空気量と、燃料噴射量とから計算されてもよい。吸入空気量は、例えば、エンジンシステム(吸気システム)に搭載されるエアフローメーターによって測定される。燃料噴射量は、例えば、ECUで計算された指示値または空気流量(吸入空気量)を、A/Fセンサ(空燃比センサ)によって測定される値(空燃比)で除算することにより、算出される。 Further, the exhaust gas flow rate M may be calculated from the intake air amount and the fuel injection amount. The intake air amount is measured, for example, by an air flow meter mounted on an engine system (intake system). The fuel injection amount is calculated, for example, by dividing an indicated value or air flow rate (intake air amount) calculated by the ECU by a value (air-fuel ratio) measured by the A / F sensor (air-fuel ratio sensor). Ru.
(2)プラズマリアクター
プラズマリアクター3は、排ガスに含まれる有害成分を分解する。
(2) Plasma Reactor The
詳しくは、プラズマリアクター3は、排気管2の途中に介在される。プラズマリアクター3は、入口3Aと、出口3Bとを有する。エンジン101から排出された排ガスは、排気管2を通って、入口3Aから、プラズマリアクター3の内部に導入される。プラズマリアクター3の内部を通過した排ガスは、出口3Bから排出される。
Specifically, the
プラズマリアクター3は、複数の電極7を有する。複数の電極7は、プラズマリアクター3の内部に設けられる。各電極7は、入口3Aから出口3Bに向かって延びる。各電極7は、導体(例えば、タングステンなどの金属)と、導体を覆う誘電体(例えば、酸化アルミニウムなどのセラミックス)とから構成される。各電極7は、平板形状を有する。複数の電極7は、入口3Aから出口3Bに向かう方向と直交する方向において、互いに間隔を隔てて並ぶ。プラズマリアクター3は、電源配線8を介して、バッテリー102に電気的に接続される。
The
バッテリー102から電源配線8を介してプラズマリアクター3に電力が供給されると、各電極7の間で放電が生じる。これにより、各電極の間の気体が、プラズマ状態となる。すなわち、プラズマリアクター3内にプラズマが発生する。
When power is supplied from the
すると、プラズマリアクター3に導入された排ガスに含まれる有害成分(例えば、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)、粒子状物質(PM)など)は、プラズマリアクター3内のプラズマにより、分解される。プラズマリアクター3を通過した排ガスは、排気管2を介して、車外に排出される。
Then, harmful components (eg, hydrocarbon (HC), nitrogen oxides (NOx), particulate matter (PM), etc.) contained in the exhaust gas introduced into the
なお、電源配線8の途中には、例えば、図示しないスイッチが介在される。スイッチは、図示しない信号配線を介して、制御部6に電気的に接続される。制御部6は、バッテリー102からプラズマリアクター3への電力供給を、制御する。詳しくは、制御部6は、スイッチをオンすることにより、バッテリー102からプラズマリアクター3に電力を供給する。また、制御部6は、スイッチをオフすることにより、バッテリー102からプラズマリアクター3への電力供給を停止する。
In the middle of the
(3)バイパス管
バイパス管4は、プラズマリアクター3を迂回して排ガスを排気するための配管である。バイパス管4は、エンジン101とプラズマリアクター3との間において排気管2から分岐する。
(3) Bypass pipe The bypass pipe 4 is a pipe for bypassing the
詳しくは、バイパス管4は、排ガスが通過する方向において、上流端4Aと、下流端4Bとを有する。上流端4Aは、エンジン101とプラズマリアクター3との間において、排気管2に接続される。下流端4Bは、エンジン101に対してプラズマリアクター3の反対側において、排気管2に接続される。
Specifically, the bypass pipe 4 has an
(4)バルブ
バルブ5は、排気管2からバイパス管4へ流れる排ガスの流量を調節する。具体的には、バルブ5は、バイパス管4の途中に介在される。バルブ5は、開度が0%である閉位置と、開度が100%である開位置との間を移動可能である。バルブ5は、好ましくは、開位置と閉位置との間で開度を調節できる流量調整弁である。バルブ5は、開度を調節できない開閉弁であってもよい。
(4) Valve The
バルブ5を閉位置から開位置へ向かって移動させると、排気管2からバイパス管4へ流れる排ガスの流量が増加し、その分、プラズマリアクター3に流入する排ガスの流量が減少する。また、バルブ5を開位置から閉位置へ向かって移動させると、排気管2からバイパス管4へ流れる排ガスの流量が減少し、その分、プラズマリアクター3に流入する排ガスの流量が増加する。
When the
なお、バルブ5は、プラズマリアクター3の上流側において排気管2からバイパス管4へ流れる排ガスの流量を調節できれば、配置や、バルブの種類について問わない。例えば、バルブ5は、バイパス管4の途中に介在されなくてもよく、バイパス管4の上流端4Aと排気管2との接続部分と、プラズマリアクター3との間の排気管2に介在されていてもよい。また、バルブ5は、バイパス管4の上流端4Aと排気管2との接続部分に設けられてもよい。この場合、バルブの種類は、三方弁や、バタフライ弁などであってもよい。
In addition, as long as the flow rate of the exhaust gas flowing from the exhaust pipe 2 to the bypass pipe 4 can be adjusted on the upstream side of the
(5)制御部
制御部6は、車両100における電気的な制御を実行するECU(Electronic Control Unit)であり、CPU、ROMおよびRAMなどを備える。制御部6は、電源配線10を介して、バッテリー102に接続される。制御部6は、車両100のイグニションスイッチがオンされたときに、バッテリー102から電源配線10を介して電力が供給されることにより、起動する。
(5) Control Unit The control unit 6 is an ECU (Electronic Control Unit) that executes electrical control in the
制御部6は、信号配線9を介して、バルブ5に電気的に接続される。制御部6は、信号配線9を介してバルブ5に電気信号を送ることにより、バルブ5の開度を制御する。
The control unit 6 is electrically connected to the
また、制御部6は、図示しないアクセルペダルと電気的に接続され、アクセルペダルの位置に応じた電気信号(アクセル指示値)を受信可能である。 Further, the control unit 6 is electrically connected to an accelerator pedal (not shown), and can receive an electrical signal (accelerator instruction value) according to the position of the accelerator pedal.
2.排気システムの制御
図2を参照して、排気システム1の制御について説明する。
2. Control of Exhaust System Control of the
制御部6は、起動した後、所定のタイミングで、計算ステップ(S1からS3まで)と、調節ステップ(S4からS6まで)とを実行する。 After being activated, the control unit 6 executes calculation steps (S1 to S3) and adjustment steps (S4 to S6) at predetermined timing.
(1)計算ステップ
計算ステップでは、制御部6は、所定の経過時間tごとに、排ガスの温度Tの変化量ΔTを計算する。
(1) Calculation Step In the calculation step, the control unit 6 calculates the change amount ΔT of the temperature T of the exhaust gas at each predetermined elapsed time t.
詳しくは、制御部6は、まず、排ガス流量M、エンジン回転数、水温、および、アクセル指示値を読み込む(S1)。 Specifically, the control unit 6 first reads the exhaust gas flow rate M, the engine speed, the water temperature, and the accelerator instruction value (S1).
次いで、制御部6は、読み込んだエンジン回転数、水温およびアクセル指示値から、排ガスの温度Tを計算する(S2)。 Next, the control unit 6 calculates the temperature T of the exhaust gas from the read engine rotational speed, the water temperature, and the accelerator instruction value (S2).
次いで、制御部6は、前回計算した排ガスの温度T0を基準として、排ガスの温度の変化量ΔTを計算する(S3)。具体的には、変化量ΔTは、今回計算した排ガスの温度Tと前回計算した排ガスの温度T0との差を、所定の経過時間tで除することにより求められる。 Next, the control unit 6 calculates the amount of change ΔT in the temperature of the exhaust gas based on the previously calculated exhaust gas temperature T 0 (S3). Specifically, the amount of change ΔT is obtained by dividing the difference between the currently calculated exhaust gas temperature T and the previously calculated exhaust gas temperature T 0 by the predetermined elapsed time t.
(2)調節ステップ
次いで、調節ステップでは、計算ステップで計算された変化量ΔTに基づいて、バルブ5の開度を調節する。
(2) Adjustment Step Subsequently, in the adjustment step, the opening degree of the
詳しくは、排ガス流量Mと変化量ΔTとの積が所定の閾値N未満である場合(S4:NO)、制御部6は、バルブ5を閉じる(S5)。バルブ5を閉じるとは、バルブ5を閉位置に位置させて、バルブ5の開度を0%にすることである。
Specifically, when the product of the exhaust gas flow rate M and the change amount ΔT is less than a predetermined threshold N (S4: NO), the control unit 6 closes the valve 5 (S5). To close the
そして、排ガス流量Mと変化量ΔTとの積が所定の閾値N以上となったときに(S4:YES)、制御部6は、バルブ5を開く(S6)。バルブ5を開くとは、バルブ5を開位置、または、閉位置と開位置との間に位置させて、バルブ5の開度を0%より大きくすることである。バルブ5の開度は、排ガス流量Mと変化量ΔTとの積が所定の閾値N未満となるように調節される。
Then, when the product of the exhaust gas flow rate M and the change amount ΔT becomes equal to or more than the predetermined threshold value N (S4: YES), the control unit 6 opens the valve 5 (S6). To open the
例えば、所定の閾値Nが5000である場合、変化量ΔTが20℃であり、排ガス流量Mが300kg/h(すなわち、排ガス流量M×変化量ΔT=6000)であるときには、排ガス流量Mが240kg/h(すなわち、排ガス流量M×変化量ΔT=4800)となるように、バルブ5の開度が、0%を超過し、100%以下の範囲で調節される。
For example, when the predetermined threshold N is 5000, when the variation ΔT is 20 ° C. and the exhaust gas flow rate M is 300 kg / h (that is, the exhaust gas flow rate M × change amount ΔT = 6000), the exhaust gas flow rate M is 240 kg The opening degree of the
3.作用効果
排気システム1によれば、図1および図2に示すように、排ガスの温度の変化量ΔTに基づいて、バルブ5の開度を調節し、排ガスの少なくとも一部をバイパス管4に流すことができる。
3. Operation and Effect According to the
そのため、排ガスの温度が急激に変化した場合に、プラズマリアクター3に流入する排ガスの量を低減することができる。
Therefore, when the temperature of the exhaust gas changes rapidly, the amount of the exhaust gas flowing into the
その結果、プラズマリアクター3の電極7が排ガスによって急激に加熱または冷却されることを抑制し、プラズマリアクター3の電極7が破損することを抑制できる。
As a result, it can suppress that the electrode 7 of the
4.変形例
排気システム1は、計算ステップにおいて、エンジン回転数、水温およびアクセル指示値から、排ガスの温度を計算しているが、排ガスの温度は、温度計によって実測してもよい。
4. Modification Example In the calculation step, the
1 排気システム
2 排気管
3 プラズマリアクター
4 バイパス管
5 バルブ
6 制御部
1 exhaust system 2
Claims (1)
前記排気管の途中に介在され、前記排ガスに含まれる成分を分解するプラズマリアクターと、
前記エンジンと前記プラズマリアクターとの間において前記排気管から分岐し、前記プラズマリアクターを迂回して前記排ガスを排気するためのバイパス管と、
前記排気管から前記バイパス管へ流れる排ガスの流量を調節するためのバルブと、
前記バルブの開度を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記排ガスの温度の変化量を計算する計算ステップと、
前記変化量に基づいて、前記バルブの開度を調節する調節ステップと
を実行することを特徴とする排気システム。 An exhaust pipe for exhausting the exhaust gas discharged from the engine;
A plasma reactor interposed in the middle of the exhaust pipe to decompose components contained in the exhaust gas;
A bypass pipe branched from the exhaust pipe between the engine and the plasma reactor, for bypassing the plasma reactor and exhausting the exhaust gas;
A valve for adjusting the flow rate of exhaust gas flowing from the exhaust pipe to the bypass pipe;
And a control unit that controls the opening degree of the valve.
The control unit
Calculating the amount of change in temperature of the exhaust gas;
And an adjusting step of adjusting an opening degree of the valve based on the amount of change.
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