JP2019074003A

JP2019074003A - 排気システム

Info

Publication number: JP2019074003A
Application number: JP2017199365A
Authority: JP
Inventors: 紘憲高專寺; Hironori Kosenji; 清一郎冨川; Seiichiro Tomikawa
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2019-05-16

Abstract

【課題】後処理部による再生処理の際に発生した熱を有効に活用する。【解決手段】排気システム１は、エンジン１０の排気ガスが流れる排気通路２０と、排気通路２０に設けられ、排気ガスを浄化するために再生処理を行う後処理部３０と、後処理部３０に設けられ、再生処理を促進するために後処理部３０を加熱するヒータ３２と、排気通路２０において後処理部３０よりも下流側に設けられ、排気ガスの熱を回収する熱回収器５０と、を備え、熱回収器５０は、後処理部３０による再生処理時に、排気ガスの熱を回収して発電し、発電した電気をヒータ３２に供給する。【選択図】図２

Description

本開示は、エンジンの排気ガスを浄化する後処理部を有する排気システムに関する。

トラック等の車両においては、エンジンの排気ガスが流れる排気通路に、排気ガスを浄化する後処理部が設けられている。また、上記車両は、例えば後処理部のフィルターが排気ガスの煤で詰まることを抑制するために、煤を燃焼させてフィルターを再生させる再生処理を行う。再生処理では、排気通路に燃料を噴射して排気ガスの温度を高くすることで、後処理部内の煤を燃焼させている。

特開２００８−４５４０９号公報

しかし、燃料を噴射して排気ガスの温度を高くするために発生させた熱は、排気ガスが後処理部を通過した後は利用されずに、廃熱となっていた。このため、再生処理の際に発生した熱を有効に活用することが求められている。

そこで、本開示はこれらの点に鑑みてなされたものであり、後処理部による再生処理の際に発生した熱を有効に活用することを目的とする。

本開示の一の態様においては、エンジンの排気ガスが流れる排気通路と、前記排気通路に設けられ、前記排気ガスを浄化するために再生処理を行う後処理部と、前記後処理部に設けられ、前記再生処理を促進するために前記後処理部を加熱するヒータと、前記排気通路において前記後処理部よりも下流側に設けられ、前記排気ガスの熱を回収する熱回収器と、を備え、前記熱回収器は、前記後処理部による前記再生処理時に、前記排気ガスの熱を回収して発電し、発電した電気を前記ヒータに供給する、排気システムを提供する。
上記構成の排気システムによれば、熱回収器が排気ガスの熱を回収して発電した電気をヒータに供給することで、再生処理の際に排気ガスの温度を上昇させるために発生した熱を有効に活用できる。また、再生処理中に、熱回収器から電気を受けてヒータが後処理部を加熱することで、燃料噴射量を低減しつつ再生処理を促進できる。

また、前記熱回収器には、前記熱回収器の内部を通過する前記排気ガスの温度と前記熱回収器の外部の温度との温度差により発電を行う熱電素子が設けられていることとしてもよい。

また、前記排気システムは、前記ヒータに電気を供給可能なバッテリーを更に備え、前記熱回収器は、前記後処理部による前記再生処理時に、発電した電気を前記バッテリーに供給して充電させることとしてもよい。

また、前記後処理部は、前記排気ガス中の微粒子を捕集するフィルターを有し、前記排気システムは、前記フィルターに捕集された前記微粒子を燃焼して前記フィルターを再生させる前記再生処理の際に、前記排気通路に燃料を噴射させる噴射制御部を更に備え、前記噴射制御部は、前記電気が供給された前記ヒータが前記後処理部を加熱する際には、前記燃料の噴射量を少なくさせることとしてもよい。

本開示によれば、後処理部による再生処理の際に発生した熱を有効に活用できるという効果を奏する。

本開示の一の実施形態に係る排気システム１の構成を示す模式図である。本開示の一の実施形態に係る排気システム１の構成を示す模式図である。再生処理時の排気システム１の動作例を説明するためのフローチャートである。

＜排気システムの構成＞
本開示の一の実施形態に係る排気システムの構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１及び図２は、一の実施形態に係る排気システム１の構成を示す模式図である。図１及び図２には、排気ガスの流れが破線の矢印にて示されている。
排気システム１は、ここではトラック等の車両に搭載されている。排気システム１は、エンジンの排気ガスを外部へ排出すると共に、排気ガスを浄化する機能を有する。排気システム１は、図１及び図２に示すように、エンジン１０と、排気通路２０と、後処理部３０と、ヒータ３２と、分岐通路４０と、熱回収器５０と、バッテリー６０と、検出部８０と、制御装置９０とを有する。

エンジン１０は、燃料と吸気の混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる原動機である。エンジン１０は、ここではディーゼルエンジンであるが、これに限定されず、例えばガソリンエンジンであってもよい。エンジン１０は、燃焼後の排気ガスを排気通路２０へ排出する。

排気通路２０は、エンジン１０の排気ガスが流れる管路であり、排気ガスを車外へ排出させる。排気通路２０の端部には開放口２１が設けられており、排気ガスは、開放口２１から大気開放される。

後処理部３０は、排気通路２０に設けられており、排気ガスを浄化する浄化装置である。後処理部３０は、例えば排気ガス中の微粒子を捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）を含む。後処理部３０は、ＤＰＦのフィルターに捕集された微粒子（例えば、フィルターに詰まった煤）を燃焼により除去して、フィルターを再生する再生処理を行う。再生処理を行う際には排気ガスの温度を高くすることが有効であるため、排気通路２０において後処理部３０の上流側に排気通路２０に燃料を噴射する噴射部２２が設けられている。

ヒータ３２は、後処理部３０に取り付けられている。ヒータ３２は、例えば再生処理の際に後処理部３０を加熱することで、後処理部３０を通過する排気ガスの温度を上昇させて、再生処理を促進させる。これにより、後処理部３０のフィルターに溜まった煤を、効果的に焼き切ることができる。また、ヒータ３２が後処理部３０を加熱することで、噴射部２２による燃料の噴射量を抑制できる。ヒータ３２は、詳細は後述するが、熱回収器５０が発電した電気を受けて後処理部３０を加熱する。

分岐通路４０は、排気通路２０において後処理部３０よりも下流側から分岐した通路である。具体的には、分岐通路４０は、排気通路２０においてバルブ２３が設けられた分岐部から分岐すると共に、バルブ２３の下流側で排気通路２０と合流している。

バルブ２３は、排気通路２０に開閉可能に設けられており、排気通路２０を流れる排気ガスの経路を切り替える切り替えバルブである。バルブ２３は、図１に示す位置と図２に示す位置の間で回動する。例えば、バルブ２３は、再生処理の際に、図２に示すように排気ガスが分岐通路４０へ流れるように経路を切り替える。

熱回収器５０は、排気通路２０において後処理部３０よりも下流側に設けられており、後処理部３０を通過した排気ガスの熱を回収する機能を有する。具体的には、熱回収器５０は、排気通路２０の分岐通路４０に設けられており、分岐通路４０を流れる排気ガスの熱を回収する。熱回収器５０で回収された熱は、発電に用いられたり、エンジン１０を暖機するために冷却水を温めることに用いられたりする。なお、排気ガスは、熱回収器５０での熱回収に伴い温度が低下し、その後、開放口２１から大気開放される。このように温度が低下した排気ガスが大気開放されることで、路面のアスファルトが排気ガスで溶けることを抑制できる。

熱回収器５０は、排気ガスの熱回収に加えて、熱電発電を行う装置である。具体的には、熱回収器５０は、後処理部３０による再生処理時に、排気ガスの熱を回収して発電する。そして、熱回収器５０は、発電した電気をヒータ３２に供給する（図２において、太線の矢印が電気の供給路を示す）。これにより、再生処理の際に発生した熱（噴射部２２による燃料噴射やヒータ３２の加熱により排気ガスが受けた熱）を廃熱とせずに、有効に活用できる。また、再生処理中に、熱回収器５０から電気を受けてヒータ３２が後処理部３０を加熱することで、噴射部２２による燃料噴射量を低減しつつ再生処理を促進できる。

また、熱回収器５０は、後処理部３０による再生処理時に、発電した電気をバッテリー６０に供給して充電させてもよい。このように熱回収器５０が発電した電気をバッテリー６０に充電することで、再生処理時に発生した熱を捨てることなく、より有効に活用できる。

熱回収器５０には、発電モジュールとして熱電素子５２が設けられている。ここで、熱電素子５２は、熱回収器５０の内部を通過する排気ガスの温度と熱回収器５０の外部の温度との温度差により発電を行う素子である。これにより、簡易な構成で、排気ガスを利用して発電することができる。なお、熱電素子５２を含む熱電発電装置の基本的な構成は公知であるので、詳細な説明は省略する。

バッテリー６０は、電気を蓄える蓄電池である。バッテリー６０は、再生処理の際に熱回収器５０が発電した電気の一部を蓄える。バッテリー６０は、蓄えた電気をヒータ３２に供給してもよい。例えば、バッテリー６０は、蓄えた電気を、次回の再生処理が行われる際にヒータ３２に供給してもよい。なお、バッテリー６０は、ヒータ３２以外の装置に電気を供給してもよい。

検出部８０は、排気システム１の各種状態を検出する。例えば、検出部８０は、後処理部３０のフィルターによる微粒子の捕集量が所定値よりも多いか否かを検出する。具体的には、検出部８０は、後処理部３０の上流側及び下流側に設けられた圧力センサの出力値に基づいて、微粒子の捕集量が所定値よりも多いか否かを検出する。検出部８０は、検出結果を制御装置９０に出力する。

制御装置９０は、排気システム１全体の動作を制御する電子制御装置である。制御装置９０は、検出部８０によって後処理部３０のフィルターによる微粒子の捕集量が所定値よりも多いと検出された場合（別言すれば、フィルターが煤で詰まっている場合）には、後処理部３０による再生処理を実行させる。

また、制御装置９０は、後処理部３０による再生処理の際に、噴射部２２による排気通路２０への燃料の噴射を制御する噴射制御部として機能する。そして、制御装置９０は、熱回収器５０から電気が供給されたヒータ３２が後処理部３０を加熱する際には、噴射部２２による燃料の噴射量を少なくさせる。

＜再生処理時の排気システムの動作例＞
再生処理時の排気システム１の動作例について、図３を参照しながら説明する。再生処理は、制御装置９０が記憶部に記憶されたプログラムを実行することで実現される。

図３は、再生処理時の排気システム１の動作例を説明するためのフローチャートである。本フローチャートは、エンジン１０が始動したところから開始される（ステップＳ１０２）。エンジン１０で燃焼後の排気ガスは、排気通路２０を流れて後処理部３０で浄化される。これに伴い、後処理部３０のフィルターに排気ガスの微粒子（煤）が付着することになる。

次に、制御装置９０は、検出部８０の検出結果に基づいて、後処理部３０のフィルターが煤で詰まっているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。具体的には、制御装置９０は、微粒子の捕集量が所定値よりも多いか否かを判定する。そして、ステップＳ１０４でフィルターが煤で詰まっている（捕集量が所定値よりも多い）と判定された場合には（Ｙｅｓ）、制御装置９０は、後処理部３０による再生処理を開始させる（ステップＳ１０６）。具体的には、制御装置９０は、噴射部２２に燃料を噴射させることで排気ガスの温度を上昇させて、再生処理を促進させる。

再生処理が開始されると、制御装置９０は、排気ガスが排気通路２０から分岐通路４０へ流れるように（図２参照）、バルブ２３により排気ガスの経路の切り替えを行う（ステップＳ１０８）。これにより、排気ガスは、分岐通路４０を流れて熱回収器５０において熱回収される。この際、熱回収器５０は、排熱ガスの熱を回収して発電する。

次に、制御装置９０は、熱回収器５０が発電した電気を、後処理部３０のヒータ３２に供給する（ステップＳ１１０）。すなわち、熱回収器５０は、後処理部３０による再生処理時に、発電した電気をヒータ３２に供給する。なお、熱回収器５０は、発電した電気の一部をバッテリー６０に供給させてもよい。

次に、制御装置９０は、噴射部２２による燃料の噴射量を制御する（ステップＳ１１２）。例えば、制御装置９０は、ヒータ３２が熱回収器５０から電気を受けて後処理部３０を加熱すると、噴射部２２による燃料の噴射量を少なくする。これにより、燃料の噴射量を減らしつつ、再生処理を促進できる。
フィルターに煤が詰まった状態が解消されると、上述した再生処理が終了する。

＜本実施形態における効果＞
上述した排気システム１は、後処理部３０に設けられ再生処理を促進するために後処理部３０を加熱するヒータ３２と、排気通路２０において後処理部３０の下流側に設けられ排気ガスの熱を回収する熱回収器５０とを有する。そして、熱回収器５０は、後処理部３０による再生処理時に、排気ガスの熱を回収して発電し、発電した電気をヒータ３２に供給する。
上記の構成により、熱回収器５０が排気ガスの熱を回収して発電した電気をヒータ３２に供給することで、再生処理の際に排気ガスの温度を上昇させるために発生した熱（噴射部２２による燃料噴射やヒータ３２の加熱により排気ガスが受けた熱）を廃熱とせずに、有効に活用できる。また、再生処理中に、熱回収器５０から電気を受けてヒータ３２が後処理部３０を加熱することで、噴射部２２による燃料噴射量を低減しつつ再生処理を促進できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。

１排気システム
１０エンジン
２０排気通路
２２噴射部
３０後処理部
３２ヒータ
５０熱回収器
５２熱電素子
６０バッテリー
９０制御装置

Claims

エンジンの排気ガスが流れる排気通路と、
前記排気通路に設けられ、前記排気ガスを浄化するために再生処理を行う後処理部と、
前記後処理部に設けられ、前記再生処理を促進するために前記後処理部を加熱するヒータと、
前記排気通路において前記後処理部よりも下流側に設けられ、前記排気ガスの熱を回収する熱回収器と、
を備え、
前記熱回収器は、前記後処理部による前記再生処理時に、前記排気ガスの熱を回収して発電し、発電した電気を前記ヒータに供給する、
排気システム。
前記熱回収器には、前記熱回収器の内部を通過する前記排気ガスの温度と前記熱回収器の外部の温度との温度差により発電を行う熱電素子が設けられている、
請求項１に記載の排気システム。
前記ヒータに電気を供給可能なバッテリーを更に備え、
前記熱回収器は、前記後処理部による前記再生処理時に、発電した電気を前記バッテリーに供給して充電させる、
請求項１又は２に記載の排気システム。
前記後処理部は、前記排気ガス中の微粒子を捕集するフィルターを有し、
前記フィルターに捕集された前記微粒子を燃焼して前記フィルターを再生させる前記再生処理の際に、前記排気通路に燃料を噴射させる噴射制御部を更に備え、
前記噴射制御部は、前記電気が供給された前記ヒータが前記後処理部を加熱する際には、前記燃料の噴射量を少なくさせる、
請求項１から３のいずれか１項に記載の排気システム。