JP2020076327A - Purification system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気を浄化する浄化システムに関する。 The present invention relates to a purification system that purifies exhaust gas.
トラック等の車両の排気路には、排気を浄化する浄化装置が搭載されている。当該浄化装置は、例えば排気中の粒子状物質を捕集するフィルターを有しており、捕集した粒子状物質を高温の排気で燃焼する再生処理を行う。再生処理を促すために、例えば、排気路の浄化装置の上流側にて排気に燃焼を噴射して、排気の温度を上昇させる方式が採用されている。 A purifying device for purifying exhaust gas is installed in an exhaust passage of a vehicle such as a truck. The purification device has, for example, a filter that collects particulate matter in exhaust gas, and performs a regeneration process in which the collected particulate matter is burned by high-temperature exhaust gas. In order to promote the regeneration process, for example, a method is adopted in which combustion is injected into the exhaust gas on the upstream side of the purification device in the exhaust passage to raise the temperature of the exhaust gas.
しかし、上記のようにエンジン内では無く排気路に燃料を噴射させる場合には、燃料噴射がエンジンの出力に寄与しないため、燃費の悪化を招く恐れがある。 However, when the fuel is injected into the exhaust passage instead of inside the engine as described above, the fuel injection does not contribute to the output of the engine, which may lead to deterioration of fuel efficiency.
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、燃費を悪化させることなく後処理部によって排気を適切に浄化することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to appropriately purify exhaust gas by a post-processing unit without deteriorating fuel efficiency.
本発明の一の態様においては、エンジンの排気が流れる排気路に設けられ前記排気を浄化する後処理部と、前記排気路において前記後処理部の上流側に設けられ、前記排気を加熱する加熱部と、前記エンジンへ流れる吸気を圧縮する電動式の過給機と、前記排気の温度及び流量を検出する検出部と、前記排気の温度が所定温度より低く、かつ前記排気の流量が所定量よりも少ない場合には、前記過給機によって吸気を前記エンジンへ送り込み、かつ前記加熱部によって前記エンジンの排気を加熱させる制御部と、を備える、浄化システムを提供する。 In one aspect of the present invention, a post-treatment unit that is provided in an exhaust passage through which engine exhaust flows and purifies the exhaust, and a heating unit that is provided upstream of the post-treatment unit in the exhaust passage and heats the exhaust Section, an electric supercharger that compresses intake air flowing to the engine, a detection unit that detects the temperature and flow rate of the exhaust gas, the temperature of the exhaust gas is lower than a predetermined temperature, and the flow rate of the exhaust gas is a predetermined amount. And a control unit that sends intake air to the engine by the supercharger and heats exhaust gas of the engine by the heating unit.
また、前記制御部は、前記排気の温度が前記所定温度より低く、前記排気の流量が所定量より少なく、かつ前記エンジンの負荷が所定値よりも小さい低負荷時である場合には、前記過給機によって吸気を前記エンジンへ送り込み、かつ前記加熱部によって前記エンジンの排気を加熱させることとしてもよい。 Further, when the temperature of the exhaust gas is lower than the predetermined temperature, the flow rate of the exhaust gas is lower than a predetermined amount, and the load of the engine is lower than a predetermined value at the time of low load, the control unit controls the excess The intake air may be sent to the engine by a feeder, and the exhaust gas of the engine may be heated by the heating unit.
また、前記制御部は、車両の走行状態を取得し、前記車両が下り坂を走行している場合には前記低負荷時であると推定することとしてもよい。 Further, the control unit may acquire the traveling state of the vehicle and estimate that the vehicle is traveling at a low load when the vehicle is traveling on a downhill.
また、前記後処理部は、前記排気中の粒子状物質を捕集するフィルターであることとしてもよい。 Further, the post-treatment unit may be a filter that collects the particulate matter in the exhaust gas.
本発明によれば、燃費を悪化させることなく後処理部によって排気を適切に浄化できるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the exhaust gas can be appropriately purified by the post-processing unit without deteriorating the fuel consumption.
<浄化システムの構成>
本発明の一の実施形態に係る浄化システムの構成について、図1を参照しながら説明する。
<Structure of purification system>
The configuration of the purification system according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1は、一の実施形態に係る浄化システム1の構成を説明するための模式図である。浄化システム1は、エンジンの排気を浄化するためのシステムであり、ここではトラック等の車両に搭載されている。浄化システム1は、図1に示すように、エンジン10と、発電装置14と、吸気路20と、排気路30と、ターボチャージャー40と、電動過給機50と、加熱装置70と、迂回路74と、検出部80と、制御装置90とを有する。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the configuration of a
エンジン10は、気筒(燃焼室)内に噴射された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。エンジン10は、例えば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においては、吸気が気筒内に吸入されると共に、燃焼後の排気が気筒から排出される。
The
発電装置14は、ここではエンジン10と連結されたベルト14aを介して発電を行い、バッテリー16に電力を供給する。発電装置14は、ブレーキ回生(例えば、車両が下り坂を走行する際のブレーキ回生)時に、発電を行い、負荷となる電動過給機50や加熱装置70に電力を供給してもよい。なお、ブレーキ回生時には、エンジン10内に燃料が噴射されない。
The
吸気路20は、吸気がエンジン10へ流れる通路である。吸気路20には、エアクリーナー22と、CAC(Charge Air Cooler)24と、バルブ26と、CAC28が設けられている。なお、ターボチャージャー40のコンプレッサ44及び電動過給機50も、吸気路20に設けられている。
The
エアクリーナー22は、吸気中の異物を除去する。CAC24は、コンプレッサ44で圧縮されて温度が上昇した吸気を冷却する。バルブ26は、電動過給機50を迂回する迂回路26aに設けられた開閉弁であり、開いた際に吸気が迂回路26aを流れる。CAC28は、電動過給機50よりもエンジン10側に設けられ、例えば電動過給機50で圧縮された吸気を冷却する。
The
排気路30は、エンジン10の排気が流れる通路である。排気路30には、DOC(Diesel Oxidation Catalyst)32と、DPF(Diesel Particulate Filter)33と、噴射部35と、SCR(Selective Catalytic Reduction)36と、還流路38が設けられている。ターボチャージャー40のタービン42、加熱装置70及び迂回路74も、排気路30に設けられている。なお、本実施形態では、DPF33が排気を浄化する浄化部に該当する。
The
DOC32は、ディーゼル用酸化触媒であり、タービン42を通過した排気の炭化水素を効率的に酸化して排気の温度を上昇させる。DPF33は、排気中の粒子状物質(PM)を捕集するフィルターである。なお、DPF33は、排気の温度が高くなると、捕集している粒子状物質を燃焼させる再生処理を行う。
The
噴射部35は、アンモニアとなる尿素水を排気路30に噴射する。SCR36は、排気中のNOxを還元反応させる触媒を有し、NOxとアンモニアとを反応させて無害な窒素と水に還元させる。SCR36による排気の浄化率は、排気の温度が高いほど大きくなる。
還流路38は、エンジン10から排出された排気の一部を吸気路20に還流させる通路である。還流路38には、排気を冷却する冷却部38aと、排気の還流量を調整するためのバルブ38bとが設けられている。
The injection unit 35 injects urea water that becomes ammonia into the
The
ターボチャージャー40は、排気の流れを利用して吸気の密度を高くする過給機である。ターボチャージャー40は、排気路30に設けられたタービン42と、吸気路20に設けられたコンプレッサ44とを有する。タービン42は、排気のエネルギーを受けて回転する。コンプレッサ44は、タービン42に連結軸を介して連結されている。コンプレッサ44がタービン42と共に回転することで、吸気が圧縮される。
The
電動過給機50は、エンジン10へ流れる吸気を圧縮する電動式の過給機であり、ターボチャージャー40とは別に設けられている。電動過給機50は、吸気路20においてエンジン10の上流に設けられている。電動過給機50は、バッテリー16や発電装置14から電力を受けて回転するモータ51を有する。すなわち、電動過給機50は、排気を利用せずに、吸気を圧縮してエンジン10へ供給する。
The
加熱装置70は、排気を加熱する加熱部であり、排気路30においてDPF33の上流側に設けられている。ここでは、加熱装置70は、DOC32の上流側に設けられているが、これに限定されず、例えばDOC32とDPF33の間に設けられていてもよい。加熱装置70は、例えば電気ヒータであり、バッテリー16や発電装置14から電力を受けて排気を加熱する。これにより、加熱装置70によって加熱されて温度が上昇した排気が、DPF33を通過することになり、DPF33における再生処理が促進される。
The
迂回路74は、排気路30において加熱装置70を迂回している通路である。迂回路74は、排気路30においてタービン42と加熱装置70の間の地点から分岐し、加熱装置70と検出部80の間の地点で合流している。排気は、迂回路74を流れる際には、加熱装置70を通過せずにDPF33へ流れる。
The
迂回路74には、弁75が設けられている。弁75は、一例としてバタフライバルブであり、開度を調整することで排気の流量を調整する。弁75が閉じている際には、排気は、迂回路74へ向かわずに加熱装置70を通過する際に加熱される。弁75が開いている際には、排気は、加熱装置70へ向かわずに迂回路74を経由してDPF33へ流れる。
The
検出部80は、排気の温度及び流量を検出する。検出部80は、排気の温度を検出する温度センサと、排気の流量を検出する流量センサとを含む。温度センサは、例えばDOC32の入口近傍に設けられている。なお、検出部80は、吸気の量を測定するセンサを含んでもよく、当該センサで測定した吸気量から排気の流量を求めてもよい。
また、検出部80は、エンジン10の動作状況(例えば、エンジン10の回転や負荷状態)を検出してもよい。さらに、検出部80は、車両の走行状態を検出してもよい。検出部80は、地図情報や車両に搭載されたセンサによって、例えば走行する道路が下り坂か否かを検出する。検出部80の検出結果は、制御装置90に出力される。
The
Further, the
制御装置90は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置(Electric Control Unit)である。制御装置90は、前述した各装置の動作を制御する。
The
本実施形態では、制御装置90は、排気路30を流れる排気の温度及び流量に基づいて、電動過給機50及び加熱装置70の動作を制御する。すなわち、制御装置90は、検出部80が検出した排気の温度及び流量に基づいて、電動過給機50、及び加熱装置70の動作を制御する。
In the present embodiment, the
例えば、制御装置90は、排気の温度が所定温度T1より低く、かつ排気の流量が所定量Q1よりも少ない場合には、電動過給機50によって吸気をエンジン10へ送り込み(過給制御)、かつ加熱装置70によって排気を加熱させる(加熱制御)。制御装置90は、バッテリー16に蓄えられている電力、又は発電装置14が発電した電力を、電動過給機50及び加熱装置70に供給して、過給制御及び加熱制御を行う。これにより、電動過給機50によってエンジン10へ送り込まれる吸気の量が増えることで、エンジン10からDPF33へ流れる排気の量が増える。そして、排気路30においてDPF33の上流側に設けられた加熱装置70が排気を加熱することで、温度が早期に上昇した排気がDPF33を通過することになる。この結果、DPF33に捕集された粒子状物質の再生処理が促進される。また、上記の加熱制御を行うことで、従来の排気路30に燃料を噴射して排気の温度を上昇させる処理が不要となるので、燃料噴射に起因する燃費悪化を抑制できる。
For example, when the temperature of the exhaust gas is lower than the predetermined temperature T1 and the flow rate of the exhaust gas is lower than the predetermined amount Q1, the
一方で、制御装置90は、排気の温度が所定温度T1より高い、又は排気の流量が所定量Q1よりも多い場合には、DPF33が再生処理を行える排気が流れていると判定し、電動過給機50及び加熱装置70に電力を供給せず、上記の過給制御及び加熱制御を行わない。例えば、制御装置90は、エンジン10の高負荷・高回転時には、排気を迂回路74へ流させて、加熱装置70による排気の加熱を抑制する。これにより、排気が加熱装置70を通過することに起因して圧力損失が発生することを抑制できる。
On the other hand, when the temperature of the exhaust gas is higher than the predetermined temperature T1 or the flow rate of the exhaust gas is higher than the predetermined amount Q1, the
制御装置90は、排気の温度及び流量に加えて、エンジン10の負荷状態も考慮して、電動過給機50及び加熱装置70の動作を制御してもよい。具体的には、制御装置90は、排気の温度が所定温度T1より低く、排気の流量が所定量Q1より少なく、かつエンジン10の負荷が所定値F1よりも小さい低負荷時である場合には、電動過給機50によって吸気をエンジン10へ送り込み、かつ加熱装置70によって排気を加熱させる。これにより、DPF33の活性化が必要な状態である場合に、温度を上昇させた排気をDPF33へ送ることができるので、早期にDPF33を活性化できる。
The
制御装置90は、車両の走行状態から、エンジン10の負荷状態を推定してもよい。例えば、制御装置90は、検出部80の検出結果から車両の走行状態を取得し、車両が下り坂を走行している場合にはエンジン10の低負荷・低回転状態であると推定する。また、制御装置90は、車両が高速で平坦路を走行している場合にも、エンジン10の低負荷・低回転状態であると推定してもよい。なお、制御装置90は、地図情報から、車両の走行状態を取得してもよい。
The
<浄化システムの動作例>
上述した浄化システム1の動作例について、図2を参照しながら説明する。
<Operation example of purification system>
An operation example of the
図2は、浄化システム1の動作例を説明するためのフローチャートである。図2に示す処理は、制御装置90のCPUがプログラムを実行することで実現される。
FIG. 2 is a flowchart for explaining an operation example of the
図2の処理は、車両が走行しているところから開始される。ここでは、車両が下り坂を走行しているものとする。このため、エンジン10の低回転・低負荷状態であり、排気の温度が低い。
The process of FIG. 2 is started while the vehicle is traveling. Here, it is assumed that the vehicle is traveling downhill. Therefore, the
まず、制御装置90は、排気路30の排気の温度及び流量を検出する(ステップS102)。具体的には、制御装置90は、検出部80によって、排気の温度及び流量を検出する。
First, the
次に、制御装置90は、エンジン10の状態を検出する(ステップS104)。例えば、制御装置90は、検出部80の検出結果によって、エンジン10の回転及び負荷状態を検出する。上記のように車両が下り坂を走行しているので、制御装置90は、エンジン10が低回転・低負荷状態であると判定する。なお、ステップS102、S104の処理は、同時に実行されても良いし、又は逆の順番で実行されてもよい。
Next, the
次に、制御装置90は、電動過給機50による過給及び加熱装置70による加熱条件を満たすか否かを判定する(ステップS106)。例えば、制御装置90は、排気の温度が所定温度T1より低く、排気の流量が所定量Q1より少なく、かつエンジン10が低負荷状態である条件を満たすか否かを判定する。なお、条件としては、上記に限定されず、制御装置90は、排気の温度が所定温度T1より低く、かつ排気の流量が所定量Q1より少ない場合に、条件を満たすと判定してもよい。
Next, the
そして、ステップS106で条件が満たされた場合には(Yes)、制御装置90は、電動過給機50に電力を供給して、吸気をエンジン10へ過給させる(ステップS108)。この際、制御装置90は、バッテリー16の電力を電動過給機50に供給したり、ブレーキ回生時には発電装置14が発電した電力を電動過給機50に供給したりする。吸気が過給されることで、エンジン10からの排気の量も増大する。
When the condition is satisfied in step S106 (Yes), the
次に、制御装置90は、加熱装置70に電力を供給して、排気路30を流れる排気を加熱する(ステップS110)。この際、制御装置90は、バッテリー16の電力を加熱装置70に供給したり、ブレーキ回生時には発電装置14が発電した電力を加熱装置70に供給したりする。DPF33の上流側に位置する加熱装置70によって排気が加熱されることで、温度が上昇した排気がDPF33を通過することになり、DPF33による再生処理が促進される。
Next, the
<本実施形態における効果>
上述した浄化システム1は、排気の温度が所定温度T1より低く、かつ排気の流量が所定量Q1よりも少ない場合には、電動過給機50によって吸気をエンジン10へ送り込み、かつ排気路30においてDPF33の上流側に設けられた加熱装置70によって排気を加熱させる。
これにより、電動過給機50の過給によってエンジン10へ送り込まれる吸気の量が増えることで、エンジン10からDPF33へ流れる排気の量が増える。そして、排気路30においてDPF33の上流側に設けられた加熱装置70が排気を加熱することで、温度が早期に上昇した排気がDPF33を通過することになる。この結果、DPF33に捕集された粒子状物質の再生処理が促進される。また、加熱装置70が排気を加熱することで、従来の排気路30に燃料を噴射して排気の温度を上昇させる処理が不要となるので、燃料噴射に起因する燃費悪化を抑制できる。
<Effects of this embodiment>
In the
As a result, the amount of intake air sent to the
なお、上記では、浄化システム1は、車両のエンジンの排気を浄化することとしたが、これに限定されない。例えば、浄化システム1は、発電装置等に搭載された定置式エンジンの排気を浄化し、又は建設機械や船舶等の産業装置に搭載されたエンジンの排気を浄化してもよい。
In the above, the
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。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist thereof. is there. For example, the specific embodiment of the distribution / integration of the device is not limited to the above-described embodiment, and all or a part thereof may be functionally or physically distributed / integrated in arbitrary units to be configured. You can Further, a new embodiment that occurs due to an arbitrary combination of a plurality of embodiments is also included in the embodiment of the present invention. The effect of the new embodiment produced by the combination has the effect of the original embodiment.
1 浄化システム
10 エンジン
30 排気路
33 DPF
50 電動過給機
70 加熱装置
80 検出部
90 制御装置
1
50
Claims (4)
前記排気路において前記後処理部の上流側に設けられ、前記排気を加熱する加熱部と、
前記エンジンへ流れる吸気を圧縮する電動式の過給機と、
前記排気の温度及び流量を検出する検出部と、
前記排気の温度が所定温度より低く、かつ前記排気の流量が所定量よりも少ない場合には、前記過給機によって吸気を前記エンジンへ送り込み、かつ前記加熱部によって前記エンジンの排気を加熱させる制御部と、
を備える、浄化システム。 A post-processing unit provided in an exhaust passage through which the exhaust gas of the engine flows, for purifying the exhaust gas;
A heating unit which is provided on the upstream side of the post-treatment unit in the exhaust passage and heats the exhaust gas;
An electric supercharger that compresses intake air flowing to the engine,
A detection unit for detecting the temperature and flow rate of the exhaust gas,
When the temperature of the exhaust gas is lower than a predetermined temperature and the flow rate of the exhaust gas is less than a predetermined amount, the supercharger sends intake air to the engine and controls the heating unit to heat the exhaust gas of the engine. Department,
Purification system.
前記排気の温度が前記所定温度より低く、前記排気の流量が所定量より少なく、かつ前記エンジンの負荷が所定値よりも小さい低負荷時である場合には、前記過給機によって吸気を前記エンジンへ送り込み、かつ前記加熱部によって前記エンジンの排気を加熱させる、
請求項1に記載の浄化システム。 The control unit is
When the temperature of the exhaust gas is lower than the predetermined temperature, the flow rate of the exhaust gas is less than a predetermined amount, and the load of the engine is at a low load lower than a predetermined value, intake air is taken from the engine by the supercharger. And heating the exhaust of the engine by the heating unit,
The purification system according to claim 1.
車両の走行状態を取得し、
前記車両が下り坂を走行している場合には前記低負荷時であると推定する、
請求項2に記載の浄化システム。 The control unit is
Get the running status of the vehicle,
When the vehicle is traveling downhill, it is estimated that the load is low,
The purification system according to claim 2.
請求項1から3のいずれか1項に記載の浄化システム。
The post-treatment unit is a filter that collects the particulate matter in the exhaust gas,
The purification system according to any one of claims 1 to 3.
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