JP2020094530A - 浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】ターボチャージャーが設けられた浄化システムにおいて、早期に過給すると共に浄化装置の浄化機能が損なわれることを抑制する。【解決手段】浄化システム１は、エンジン１０の排気ガスが流れる排気路３０に設けられ排気ガスを浄化する浄化部３２と、排気路３０において浄化部３２の上流側に設けられ排気ガスの流れによって回転するタービン４２を有するターボチャージャー４０と、吸気路２０に設けられ、エンジン１０へ流れる空気を過給する電動過給機５０と、排気ガスの温度を検出する検出部８０と、排気路３０においてタービン４２を迂回している迂回路７０と、排気ガスの温度が温度Ｔ１よりも低い場合には、電動過給機５０によって空気をエンジン１０へ送り込み、かつ排気ガスを迂回路７０を経由して浄化部３２へ向かわせる制御装置９０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガスを浄化する浄化システムに関する。

トラック等の車両の排気路には、エンジンの排気ガスを浄化する浄化装置が搭載されている。浄化装置は、例えば排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元反応させる触媒を有するが、ＮＯｘを適切に浄化するためには排気ガスの温度が高い方が望ましい。
また、車両には、浄化装置の上流側に設けられたタービンを排気ガスの流れで回転させ、その回転力をコンプレッサに伝達して空気を過給するターボチャージャーが搭載されている。

特開２０１７−８８３８号公報

ところで、排気ガスの温度が低い場合には、ターボチャージャーによる仕事量が小さいため、空気を適切に過給できない。また、排気ガスの温度が低い場合には、排気ガスがタービンを通過すると温度が更に低くなるため、タービンの下流側に設けられた浄化装置が排気ガスを適切に浄化できないおそれがある。

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、ターボチャージャーが設けられた浄化システムにおいて、早期に過給すると共に浄化装置の浄化機能が損なわれることを抑制することを目的とする。

本発明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路に設けられ前記排気ガスを浄化する浄化部と、前記排気路において前記浄化部の上流側に設けられ前記排気ガスの流れによって回転するタービンを有するターボチャージャーと、吸気路に設けられ、前記エンジンへ流れる空気を過給する電動過給機と、前記排気ガスの温度を検出する検出部と、前記排気路において前記タービンを迂回している迂回路と、前記排気ガスの温度が所定温度よりも低い場合には、前記電動過給機によって空気を前記エンジンへ送り込み、かつ前記排気ガスを前記迂回路を経由して前記浄化部へ向かわせる制御部と、を備える、浄化システムを提供する。

また、前記浄化システムは、前記迂回路に開閉可能に設けられた第１弁を更に備え、前記制御部は、前記排気ガスの温度が前記所定温度よりも低い場合には、前記第１弁を動作させて前記排気ガスを前記迂回路を経由して前記浄化部へ向かわせることとしてもよい。

また、前記検出部は、前記排気路において前記浄化部の上流側に設けられ前記排気ガスの温度を検出する温度検出部を含むこととしてもよい。

また、前記浄化システムは、前記吸気路において前記電動過給機を迂回する迂回路に開閉可能に設けられた第２弁を更に備え、前記制御部は、前記排気ガスの温度が前記所定温度よりも低い場合には、前記第２弁を閉じた状態で前記電動過給機によって空気を前記エンジンへ送り込み、前記排気ガスの温度が前記所定温度よりも高い場合には、前記第２弁を開き、前記ターボチャージャーによって空気を前記エンジンへ送り込むこととしてもよい。

本発明によれば、早期に過給できると共に浄化装置の浄化機能が損なわれることを抑制できるという効果を奏する。

本発明の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の動作例を説明するためのフローチャートである。

＜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。

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、エンジンの排気ガス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、迂回路７０と、検出部８０と、制御装置９０とを有する。

エンジン１０は、気筒（燃焼室）内に噴射された燃料と空気の混合気を燃焼、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、空気が気筒内に吸入されると共に、燃焼後の排気ガスが気筒から排出される。

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。

吸気路２０は、エンジン１０へ吸入される空気が流れる通路である。吸気路２０には、エアクリーナー２２と、ＣＡＣ（Charge Air Cooler）２４と、第１弁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。

エアクリーナー２２は、空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空気を冷却する。第１弁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、開いた際に空気が迂回路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で圧縮された空気を冷却する。

排気路３０は、エンジン１０の排気ガスが流れる通路である。排気路３０には、浄化部３２と、還流路３８が設けられている。なお、ターボチャージャー４０のタービン４２及び迂回路７０も、排気路３０に設けられている。

浄化部３２は、排気路３０においてタービン４２よりも下流側に設けられており、排気ガスを浄化する。浄化部３２は、例えば、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）やＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）を有する。ＤＰＦは、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルターである。ＤＰＦは、排気ガス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。ＳＣＲは、排気ガス中の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。そして、ＳＣＲによる排気ガスの浄化率は、排気ガス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ガスの一部を吸気路２０に還流させる通路である。還流路３８には、排気ガスを冷却する冷却部３８ａと、排気ガス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。

ターボチャージャー４０は、排気ガスの流れを利用して空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、排気ガスの流れによって（別言すれば、排気ガスのエネルギーを受けて）回転する。タービン４２は、排気路３０において浄化部３２の上流側に設けられている。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、空気が圧縮される。

電動過給機５０は、エンジン１０へ流れる空気を過給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、排気ガスを利用せずに、空気を圧縮してエンジン１０へ供給する。

迂回路７０は、排気路３０においてタービン４２を迂回している通路である。迂回路７０は、排気路３０においてタービン４２の上流の地点から分岐し、タービン４２と浄化部３２の間の地点で合流している。排気ガスは、迂回路７０を流れる際には、タービン４２を通過せずに浄化部３２へ流れる。

迂回路７０には、第２弁７５が設けられている。第２弁７５は、開閉可能に設けられた開閉弁であり、一例としてバタフライバルブである。第２弁７５が閉じている際には、排気ガスは、タービン４２を通過し、その際に排気ガスの温度が低下する。第２弁７５が開いている際には、排気ガスは、タービン４２へ向かわずに迂回路７０を経由して浄化部３２へ流れる。

検出部８０は、排気ガスの温度を検出する。検出部８０は、例えば、排気路３０において浄化部３２の上流側に設けられ排気ガスの温度を検出する温度検出部である温度センサを含む。なお、これに限定されず、検出部８０は、例えば浄化部３２に取り付けた熱電対によって浄化部３２の温度を検出することで、排気ガスの温度を推定してもよい。検出部８０の検出結果は、制御装置９０に出力される。

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。

本実施形態では、制御装置９０は、排気路３０を流れる排気ガスの温度に基づいて、第１弁２６、電動過給機５０、及び第２弁７５の動作を制御する。すなわち、制御装置９０は、検出部８０が検出した排気ガスの温度に基づいて、第１弁２６、電動過給機５０、及び第２弁７５の動作を制御して、空気の過給と排気ガスの流れとを調整する。

制御装置９０は、排気ガスの温度が所定温度よりも低い場合には、電動過給機５０によって空気をエンジン１０へ送り込み、かつ排気ガスを迂回路７０を経由して浄化部３２へ向かわせる。ここで、所定温度は、例えば浄化部３２における排気ガスの浄化が促進される温度であり、所定温度よりも低い場合には浄化部３２の浄化機能が有効に発揮され難い。このため、上記のように排気ガスの温度が所定温度よりも低い場合には、排気ガスをタービン４２を通過させずに浄化部３２へ向かわせることによって、タービン４２を通過することに起因して排気ガスの温度が低下することを抑制する。これにより、温度が低下した排気ガスが浄化部３２へ送られることを防止でき、この結果、浄化部３２の浄化機能の低下を抑制できる。

制御装置９０は、排気ガスの温度が所定温度よりも低い場合には、第２弁７５を開けて、エンジン１０の排気ガスをタービン４２を通過させずに迂回路７０を経由して浄化部３２へ向かわせる。これにより、排気ガスがタービン４２に流れることを効果的に防止できる。
一方で、制御装置９０は、排気ガスの温度が所定温度よりも高い場合には、第２弁７５を閉じて、排気ガスをタービン４２を通過させる。排気ガスの温度が所定温度よりも高い場合には、タービン４２を通過して排気ガスの温度が低下しても、浄化部３２による浄化が適切に行われる。

また、制御装置９０は、排気ガスの温度が所定温度よりも低い場合には、第１弁２６を閉じ、かつ電動過給機５０を動作させることで、電動過給機５０によって空気をエンジン１０へ送り込む。排気ガスの温度が低い場合（例えば、エンジン１０の始動時）には、ターボチャージャー４０による過給がされ難いが、上記のように電動過給機５０を動作させることで、エンジン１０へ空気を早期に過給できる。なお、エンジン１０へ送り込まれた空気は気筒内で燃焼され、排気ガスとして排出される。
一方で、制御装置９０は、排気ガスの温度が所定温度よりも高い場合には、第１弁２６を開けて、空気を迂回路２６ａを経由してエンジン１０へ送り込む。前述したように、排気ガスの温度が所定温度よりも高い場合には、排気ガスがタービン４２を通過するので、コンプレッサ４４によって過給された空気が、迂回路２６ａを経由してエンジン１０へ送り込まれる。

＜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。

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。

図２の処理は、一例として、車両のエンジン１０が動作を開始したところから開始される。この際、エンジン１０の排気ガスの温度は低く、ターボチャージャー４０による過給がされ難い状況である。

まず、制御装置９０は、排気路３０の排気ガスの温度を検出する（ステップＳ１０２）。ここでは、制御装置９０は、検出部８０によって、浄化部３２の入口側の排気ガスの温度を検出する。

次に、制御装置９０は、検出部８０が検出した排気ガスの温度が所定温度である温度Ｔ１より低いか否かを判定する（ステップＳ１０４）。エンジン１０の始動直後には排気ガスの温度が、浄化部３２による排気ガスの浄化が促進される温度Ｔ１より低くなることが想定される。

そして、ステップＳ１０４で排気ガスの温度が温度Ｔ１よりも低い場合には（Ｙｅｓ）、制御装置９０は、エンジン１０へ電動過給機５０によって空気を送り込み、かつ排気ガスを迂回路７０を経由して浄化部３２へ向かわせる（ステップＳ１０６）。すなわち、制御装置９０は、第１弁２６を閉状態にし、第２弁７５を開状態にし、電動過給機５０を動作させて空気をエンジン１０へ過給する。この際、制御装置９０は、バッテリー１６に蓄えられた電力や発電装置１４が発電した電力を、電動過給機５０に供給する。これにより、電動過給機５０によって空気をエンジン１０へ早期に過給できると共に、排気ガスがタービン４２を迂回することでタービン４２によって排気ガスの温度が低下することを抑制できる。

一方で、ステップＳ１０４で排気ガスの温度が温度Ｔ１よりも高い場合には（Ｎｏ）、制御装置９０は、排気ガスをタービン４２を通過させて、エンジン１０へターボチャージャー４０によって空気を送り込む（ステップＳ１０８）。排気ガスがタービン４２を通過することで、ターボチャージャー４０によって過給された空気がエンジン１０へ送られる。

＜本実施形態における効果＞
上述した浄化システム１は、吸気路２０に設けられた電動過給機５０と、排気ガスを浄化する浄化部３２と、排気路３０において浄化部３２の上流にてターボチャージャー４０のタービン４２を迂回する迂回路７０とを有する。そして、浄化システム１は、排気ガスの温度が温度Ｔ１よりも低い場合には、電動過給機５０によって空気をエンジン１０へ送り込み、かつ排気ガスを迂回路７０を経由して浄化部３２へ向かわせる。
これにより、排気ガスの温度が温度Ｔ１よりも低い場合には、電動過給機５０を動作させることで、早期にエンジン１０に空気を過給できる。また、排気ガスの温度が温度Ｔ１よりも低い場合には、排気ガスをタービン４２を通過させずに浄化部３２へ向かわせることによって、タービン４２を通過することに起因して排気ガスの温度が低下することを抑制する。これにより、温度が低下した排気ガスが浄化部３２へ送られることを防止でき、この結果、浄化部３２の浄化機能の低下を抑制できる。

なお、上記では、浄化システム１は、車両のエンジンの排気ガス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ガスを浄化し、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ガスを浄化してもよい。

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 浄化システム
１０ エンジン
２０ 吸気路
２６ 第１弁
３０ 排気路
３２ 浄化部
４０ ターボチャージャー
４２ タービン
５０ 電動過給機
７０ 迂回路
７５ 第２弁
８０ 検出部
９０ 制御装置

Claims (4)

1. エンジンの排気ガスが流れる排気路に設けられ前記排気ガスを浄化する浄化部と、
   前記排気路において前記浄化部の上流側に設けられ前記排気ガスの流れによって回転するタービンを有するターボチャージャーと、
   吸気路に設けられ、前記エンジンへ流れる空気を過給する電動過給機と、
   前記排気ガスの温度を検出する検出部と、
   前記排気路において前記タービンを迂回している迂回路と、
   前記排気ガスの温度が所定温度よりも低い場合には、前記電動過給機によって空気を前記エンジンへ送り込み、かつ前記排気ガスを前記迂回路を経由して前記浄化部へ向かわせる制御部と、
   を備える、浄化システム。
2. 前記迂回路に開閉可能に設けられた第１弁を更に備え、
   前記制御部は、前記排気ガスの温度が前記所定温度よりも低い場合には、前記第１弁を動作させて前記排気ガスを前記迂回路を経由して前記浄化部へ向かわせる、
   請求項１に記載の浄化システム。
3. 前記検出部は、前記排気路において前記浄化部の上流側に設けられ前記排気ガスの温度を検出する温度検出部を含む、
   請求項１又は２に記載の浄化システム。
4. 前記吸気路において前記電動過給機を迂回する迂回路に開閉可能に設けられた第２弁を更に備え、
   前記制御部は、
   前記排気ガスの温度が前記所定温度よりも低い場合には、前記第２弁を閉じた状態で前記電動過給機によって空気を前記エンジンへ送り込み、
   前記排気ガスの温度が前記所定温度よりも高い場合には、前記第２弁を開き、前記ターボチャージャーによって空気を前記エンジンへ送り込む、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の浄化システム。
   
   

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