JP2019152140A - 触媒温度低下抑制システム - Google Patents

Abstract

【課題】減速時における低温の吸気の排気浄化触媒への流れ込みをターボラグを招かないよう防止する触媒温度低下抑制システムを提供する。【解決手段】高圧ループのＥＧＲ流路１３と、該ＥＧＲ流路１３の途中に装備されたＥＧＲバルブ１４と、排気系路におけるタービン２ｂと選択還元型触媒１０（排気浄化触媒）との間に装備された常時開の排気シャットバルブ１８と、ターボチャージャ２の駆動を補助する電動モータ２１と、排気シャットバルブ１８の閉操作及びＥＧＲバルブ１４の開操作を減速時に実行し且つその減速後の加速時に電動モータ２１を駆動してターボラグが生じないようターボチャージャ２の駆動を支援する制御装置１９とを備えて触媒温度低下抑制システムを構成する。【選択図】図２

Description

本発明は、触媒温度低下抑制システムに関するものである。

従来、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯx（窒素酸化物）を還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxと還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。

他方、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ₃）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水が還元剤として広く使用されている。

即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流で排気ガス中に添加すれば、該排気ガスの熱によって尿素水が次式によりアンモニアと炭酸ガスに加水分解され、選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。
［化１］
（ＮＨ₂）₂ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→２ＮＨ₃＋ＣＯ₂

図３は前述の如き選択還元型触媒を排気系に備えたディーゼルエンジンの一例を示すもので、ここに図示しているディーゼルエンジン７では、エアクリーナ１から導いた吸気Ａが吸気管３を通しターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された後にインタークーラ４へ送られて冷却され、該インタークーラ４から更に吸気マニホールド５へと導かれて各気筒６に分配されるようになっており、前記各気筒６から排出された排気ガスＧは排気マニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送られ、該タービン２ｂを駆動した後に排気管９を通し車外へ排出されるようになっている。

ここで、前記排気管９の途中には、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させて還元浄化する選択還元型触媒１０が装備され、該選択還元型触媒１０の上流には、尿素水を還元剤として排気管９内に添加する還元剤噴霧器１１が装備されており、また、前記選択還元型触媒１０の下流には、排気ガスＧ中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ１２が装備されている。

更に、ここに図示している例にあっては、排気マニホールド８の出口付近と吸気マニホールド５の入口付近との間がＥＧＲ流路１３により接続されていると共に、再循環ガス量を適宜に調整するＥＧＲバルブ１４と、再循環される排気ガスＧを冷却するためのＥＧＲクーラ１５とが前記ＥＧＲ流路１３に装備されており、これらＥＧＲ流路１３とＥＧＲバルブ１４とＥＧＲクーラ１５とにより高圧ループのＥＧＲ装置１６が構成されるようになっている。

また、図３中における符号の１７は、前記排気管９における前記還元剤噴霧器１１より上流に配置された排気ブレーキを示しており、この排気ブレーキ１７を絞り込むことにより制動力を増強し得るようにしてある。

このように選択還元型触媒１０を装備したディーゼルエンジン７では、前記選択還元型触媒１０を広範な運転領域で活性温度以上に保つことが重要であり、図３の場合は選択還元型触媒１０を一例として説明しているが、選択還元型触媒１０以外にも各種の排気浄化触媒において所定の活性温度が必要となることは共通している。

尚、本発明に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。

特開２０００−１４５５１２号公報

しかしながら、加減速に伴うアクセルオフ（無噴射）の機会が多い運行にあっては、燃料噴射の停止に伴う排気温度の低下に加え、燃焼行程を経ない低温の吸気Ａがそのまま多量に選択還元型触媒１０に流れ込むことで、暖まりかけた触媒床温度が急激に低下してしまうという課題があった。

この際、図３に示す例のように、高圧ループのＥＧＲ装置１６が備えられていれば、図４に示す如く、減速中に排気ブレーキ１７を絞り込み且つＥＧＲバルブ１４を開けて吸気ＡをＥＧＲ流路１３により環流し、減速中に低温の吸気Ａが選択還元型触媒１０に流れ込まないようにすることもできるが、ターボチャージャ２のタービン２ｂへの作動ガスの流れ込みが無くなることで該タービン２ｂの回転数が激減し、減速後の加速時にターボラグが生じて加速性能に支障をきたす虞れがあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、減速時における低温の吸気の排気浄化触媒への流れ込みをターボラグを招かないよう回避する触媒温度低下抑制システムを提供することを目的とする。

本発明は、排気系路の排気ガスから動力回収して吸気を過給するターボチャージャと、該ターボチャージャのタービンより下流の排気系路に介装されて排気ガスを浄化処理する排気浄化触媒とを備えたエンジンに適用するための触媒温度低下抑制システムであって、ターボチャージャのタービンより上流の排気系路から排気ガスの一部を抜き出して前記ターボチャージャのコンプレッサより下流の吸気系路へ再循環する高圧ループのＥＧＲ流路と、該ＥＧＲ流路の途中に装備されて再循環ガス量を適宜に調整するＥＧＲバルブと、前記排気系路における前記タービンと排気浄化触媒との間に装備された常時開の排気シャットバルブと、前記ターボチャージャの駆動を補助する電動モータと、前記排気シャットバルブの閉操作及び前記ＥＧＲバルブの開操作を減速時に実行し且つその減速後の加速時に前記電動モータを駆動してターボラグが生じないよう前記ターボチャージャの駆動を支援する制御装置とを備えたことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、減速時に制御装置により排気シャットバルブの閉操作及びＥＧＲバルブの開操作が実行され、エンジンから燃焼行程を経ないまま排気系路に送り出された吸気が高圧ループのＥＧＲ流路を介しコンプレッサより下流の吸気系路に環流される結果、減速時に低温の吸気が排気浄化触媒に流れ込むことが確実に回避される。

この際、ターボチャージャのタービンへの作動ガスの流れ込みが無くなることで該タービンの回転数が激減してしまうが、減速後の加速時に制御装置により電動モータが駆動され、エンジンからの排気ガスがタービンに到達するのを待たずに前記ターボチャージャが前記電動モータにより直ちに駆動されるので、減速後の加速時におけるターボラグの発生が防止される。

また、本発明においては、排気シャットバルブが排気ブレーキを兼ねていても良く、このようにした場合には、減速時におけるＥＧＲバルブの開閉により排気シャットバルブとしての利用と排気ブレーキとしての利用とを選択的に切り替えることが可能となる。即ち、減速時にＥＧＲバルブを開けて吸気の環流を実施する場合に排気シャットバルブとして利用することが可能となり、減速時にＥＧＲバルブを閉じて吸気の環流を実施しない場合には排気ブレーキとして利用することが可能となる。

上記した本発明の触媒温度低下抑制システムによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、減速時における低温の吸気の排気浄化触媒への流れ込みをターボラグを招かないよう回避することができるので、加減速に伴うアクセルオフの機会が多い運行にあっても加速性能を良好に維持することができ、しかも、減速時における低温の吸気の流れ込みによる排気浄化触媒の触媒床温度の低下を防止することができて排気浄化性能を良好に維持することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、減速時におけるＥＧＲバルブの開閉により排気シャットバルブとしての利用と排気ブレーキとしての利用とを選択的に切り替えることができ、減速時にＥＧＲバルブを開けて吸気の環流を実施する場合に排気シャットバルブとして利用することができる一方、減速時にＥＧＲバルブを閉じて吸気の環流を実施しない場合には排気ブレーキとして利用することができる。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 図１の形態例における減速時の状態を示す概略図である。 従来例を示す概略図である。 図３の従来例における減速時の状態を示す概略図である。

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及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１は通常の走行時の状態を、図２は減速時の状態を夫々示しており、図３及び図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

より具体的には、前述した図３及び図４の従来例と略同様に、排気管９（排気系路）を流れる排気ガスＧから動力回収して吸気Ａを過給するターボチャージャ２と、該ターボチャージャ２のタービン２ｂより下流の排気管９（排気系路）に介装されて排気ガスＧを浄化処理する選択還元型触媒１０（排気浄化触媒）とを備えたディーゼルエンジン７（エンジン）に適用するための触媒温度低下抑制システムとなっている。

そして、ここに図示している例においても、排気マニホールド８の出口付近と吸気マニホールド５の入口付近との間がＥＧＲ流路１３により接続されており、該ＥＧＲ流路１３の途中に、再循環ガス量を適宜に調整するＥＧＲバルブ１４と、再循環される排気ガスＧを冷却するためのＥＧＲクーラ１５とが装備され、これらＥＧＲ流路１３とＥＧＲバルブ１４とＥＧＲクーラ１５とにより高圧ループのＥＧＲ装置１６が構成されている。

また、前記排気管９における前記還元剤噴霧器１１より上流に常時開の排気シャットバルブ１８が配置され、この排気シャットバルブ１８の閉操作と前記ＥＧＲバルブ１４の開操作とが制御装置１９により減速時に実行されるようになっており、減速時にディーゼルエンジン７から燃焼行程を経ないまま排気系路に送り出された吸気Ａが前記ＥＧＲ流路１３を介し環流されるようになっている。

ここで、前記制御装置１９にはアクセルセンサ２０からの開度信号２０ａが入力されていて、前記制御装置１９でアクセルオフ（アクセル開度が零）が検知された時に、前記排気シャットバルブ１８の閉操作及び前記ＥＧＲバルブ１４の開操作を指示する制御信号１８ａ，１４ａが出力されるようにしてある（図２参照）。

他方、前記ターボチャージャ２には、該ターボチャージャ２の駆動を補助する電動モータ２１が装備されており、減速後の加速時に前記制御装置１９からの制御信号２１ａにより前記電動モータ２１が駆動されて前記ターボチャージャ２の駆動が支援されるようになっている。

この際、前記制御装置１９は、アクセルセンサ２０からの開度信号２０ａに基づきアクセルオン（零より大きなアクセル開度）が検知された時に、車両が減速後に再び加速状態に入ったものと認識するようにしてあり、エアフローメータ２２からの吸気Ａの流量信号２２ａと、過給圧センサ２３からの圧力信号２３ａとに基づいて、吸気Ａの流量と過給圧とがアクセル開度に見合う目標値に到達するように前記電動モータ２１による前記ターボチャージャ２の駆動が成される一方、前記目標値に到達したところで前記電動モータ２１による支援が停止されて通常のタービン２ｂによる駆動へ移行するようにしてある。

尚、前記ターボチャージャ２の駆動を補助する電動モータ２１は、前記ターボチャージャ２におけるコンプレッサ２ａとタービン２ｂとを連結しているシャフトに対しトルクを伝達し得るような構造となっていれば良いものであり、そのトルク伝達の形式には様々な形式を適宜に選択して採用することが可能である。

而して、このように触媒温度低下抑制システムを構成すれば、減速時にアクセルセンサ２０からの開度信号２０ａに基づきアクセルオフを検知した制御装置１９により、排気シャットバルブ１８の閉操作及びＥＧＲバルブ１４の開操作が制御信号１８ａ，１４ａの出力により実行されて図１の状態から図２の状態へと切り替わり、ディーゼルエンジン７から燃焼行程を経ないまま送り出された吸気Ａが高圧ループのＥＧＲ流路１３を介し吸気マニホールド５の入口付近（コンプレッサ２ａより下流の吸気系路）に環流される結果、減速時に低温の吸気Ａが選択還元型触媒１０に流れ込むことが確実に回避される。

この際、ターボチャージャ２のタービン２ｂへの作動ガスの流れ込みが無くなることで該タービン２ｂの回転数が激減してしまうが、減速後の加速時に制御装置１９からの制御信号２１ａにより電動モータ２１が駆動され、ディーゼルエンジン７からの排気ガスＧがタービン２ｂに到達するのを待たずに前記ターボチャージャ２が前記電動モータ２１により直ちに駆動されるので、減速後の加速時におけるターボラグの発生が防止されることになる。

従って、本形態例によれば、減速時における低温の吸気Ａの選択還元型触媒１０への流れ込みをターボラグを招かないよう回避することができるので、加減速に伴うアクセルオフの機会が多い運行にあっても加速性能を良好に維持することができ、しかも、減速時における低温の吸気Ａの流れ込みによる選択還元型触媒１０の触媒床温度の低下を防止することができて排気浄化性能を良好に維持することができる。

また、本形態例においては、減速時に排気系路を閉じる専用の排気シャットバルブ１８を備えた例を示しているが、排気シャットバルブ１８に排気ブレーキを兼用させることも可能である。ただし、そのようにした場合には、減速時におけるＥＧＲバルブ１４の開閉により排気シャットバルブ１８としての利用と排気ブレーキとしての利用とを選択的に切り替える形式となり、排気シャットバルブ１８を排気ブレーキとして利用したい場合には、制御装置１９からの制御信号１４ａによりＥＧＲバルブ１４を閉じて吸気Ａの環流を中止した状態で前記排気シャットバルブ１８を閉じる使い方となる。

即ち、減速時にＥＧＲバルブ１４を開けて吸気Ａの環流を実施する場合に排気シャットバルブ１８として利用することができる一方、減速時にＥＧＲバルブ１４を閉じて吸気Ａの環流を実施しない場合には前記排気シャットバルブ１８を排気ブレーキとして利用することができる。

尚、本発明の触媒温度低下抑制システムは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、排気浄化触媒は必ずしも選択還元型触媒に限定されるものではないこと、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。

２ ターボチャージャ
２ａ コンプレッサ
２ｂ タービン
３ 吸気管（吸気系路）
５ 吸気マニホールド（吸気系路）
７ ディーゼルエンジン（エンジン）
８ 排気マニホールド（排気系路）
９ 排気管（排気系路）
１０ 選択還元型触媒（排気浄化触媒）
１３ ＥＧＲ流路
１４ ＥＧＲバルブ
１８ 排気シャットバルブ
１９ 制御装置
２１ 電動モータ
Ａ 吸気
Ｇ 排気ガス

Claims (2)

1. 排気系路の排気ガスから動力回収して吸気を過給するターボチャージャと、該ターボチャージャのタービンより下流の排気系路に介装されて排気ガスを浄化処理する排気浄化触媒とを備えたエンジンに適用するための触媒温度低下抑制システムであって、ターボチャージャのタービンより上流の排気系路から排気ガスの一部を抜き出して前記ターボチャージャのコンプレッサより下流の吸気系路へ再循環する高圧ループのＥＧＲ流路と、該ＥＧＲ流路の途中に装備されて再循環ガス量を適宜に調整するＥＧＲバルブと、前記排気系路における前記タービンと排気浄化触媒との間に装備された常時開の排気シャットバルブと、前記ターボチャージャの駆動を補助する電動モータと、前記排気シャットバルブの閉操作及び前記ＥＧＲバルブの開操作を減速時に実行し且つその減速後の加速時に前記電動モータを駆動してターボラグが生じないよう前記ターボチャージャの駆動を支援する制御装置とを備えたことを特徴とする触媒温度低下抑制システム。
2. 排気シャットバルブが排気ブレーキを兼ねていることを特徴とする請求項１に記載の触媒温度低下抑制システム。

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