JP2021055636A - 排気後処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃費性能の悪化を防止しつつ、触媒温度を活性温度域まで効果的に上昇させる。【解決手段】排気を流通させる排気通路７１Ａ，７１Ｂと、排気通路７１Ｂに設けられており、排気を浄化する触媒担体８１と、排気通路７１Ａ，７１Ｂの触媒担体８１よりも排気上流側７１Ａに設けられており、低温時に排気中の水分を吸着して発熱すると共に、高温時に水分を脱離する発熱材８０と、排気を発熱材８０から迂回させて触媒担体８１に導く迂回通路７１Ｂと、排気流路を発熱材８０又は迂回通路７１Ｂに選択的に切り替える流路切替機構８２とを備えた。【選択図】図２
Description
本開示は、排気後処理装置に関する。
この種の排気後処理装置の一例として、エンジンから排出される排気中に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）を浄化する選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction：以下、ＳＣＲ触媒）等を備えるものが知られている。
ＳＣＲ触媒の良好な浄化性能を得るには、触媒温度を早期に活性温度域まで上昇させる必要がある。例えば、特許文献１には、触媒担体の周囲に電気ヒータを設け、該電気ヒータにより触媒の早期昇温を図るようにした技術が開示されている。
ところで、上記文献１記載の技術のように、電気ヒータを用いて触媒の昇温を行うと、電力の消費に伴い燃費性能の悪化を招くことになる。また、触媒温度が活性温度域よりも高く上昇すると、排気エミッション性能の悪化を招くと共に、過昇温による触媒劣化等を引き起こす可能性もある。
本開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、燃費性能の悪化を防止しつつ、触媒温度を活性温度域まで効果的に上昇させることができる排気後処理装置を提供することを目的とする。
本開示の排気後処理装置は、排気を流通させる排気通路と、前記排気通路に設けられており、排気を浄化する触媒担体と、前記排気通路の前記触媒担体よりも排気上流側に設けられており、低温時に排気中の水分を吸着して発熱すると共に、高温時に水分を脱離する発熱材と、前記排気通路を流れる排気を前記発熱材から迂回させて前記触媒担体に導く迂回通路と、排気の流路を前記発熱材又は前記迂回通路に選択的に切り替える流路切替機構と、を備えることを特徴とする。
また、排気温度を取得する排気温度取得手段をさらに備え、前記流路切替機構は、取得される前記排気温度が所定の第１温度に達するまでは、排気の流路を前記発熱材とし、取得される前記排気温度が前記第１温度に達すと、排気の流路を前記発熱材から前記迂回通路に切り替え、取得される前記排気温度が前記第１温度よりも高い所定の第２温度を超えると、排気の流路を前記発熱材に戻すことが好ましい。
また、前記触媒担体よりも上流側の前記排気通路に、排気中の粒子状物質を捕集可能なフィルタが設けられており、前記流路切替機構は、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生の実行中は排気の流路を前記発熱材とすることが好ましい。
また、前記触媒担体は、尿素水から排気熱により加水分解されて生成されるアンモニアを還元剤として排気中の窒素化合物を還元浄化する選択還元型触媒担体であってもよい。
また、前記排気通路には、径方向外側から順に、外管、中管、内管を備える三重管構造体が設けられており、前記内管の内部には、前記触媒担体が収容されており、前記中管と前記内管との間には、前記発熱材が収容されており、前記外管の一端側及び他端側は、前記中管よりも軸方向に長く突出しており、前記中管の少なくとも一端側は、前記内管よりも軸方向に長く突出しており、排気を、前記外管と前記中管との間の一端側から流通させて前記中管の他端で径方向内側に折り返すと共に、前記中管と前記内管との間の他端側から前記発熱材へと流通させ、前記内管の一端で径方向内側に折り返して前記触媒担体へと導く第１排気通路と、前記第１排気通路の排気上流端から分岐すると共に、排気を、前記中管の前記内管よりも突出する一端側の内周面によって区画される空間内に流通させて前記触媒担体へと導く前記迂回通路としての第２排気通路と、を備え、前記流路切替機構が、前記第１排気通路と前記第２排気通路との分岐部に設けられていることが好ましい。
本開示の技術によれば、燃費性能の悪化を防止しつつ、触媒温度を活性温度域まで効果的に上昇させることができる。
以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る排気後処理装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
［全体構成］
図１は、本実施形態に係るエンジン１０の吸排気系を示す模式的な全体構成図である。
図１は、本実施形態に係るエンジン１０の吸排気系を示す模式的な全体構成図である。
エンジン１０は、主としてシリンダヘッドＣＨ及び、何れも不図示のシリンダブロックやクランクケース等で構成されたエンジン本体部を有する。シリンダブロックには、複数の気筒Ｃが設けられており、各気筒Ｃには、図示しないピストンが往復移動自在に収容されている。なお、エンジン１０は、図示例の直列多気筒エンジンに限定されず、Ｖ型エンジン或は水平対向型エンジン等であってもよい。また、エンジン１０は、多気筒エンジンに限定されず、単気筒エンジンであってもよい。
シリンダヘッドＣＨの吸気側の側部には、不図示の吸気ポートに吸気を分配する吸気マニホールド２０が設けられている。吸気マニホールド２０には、吸気上流側から順に、エアクリーナ２１、上流吸気通路２２、過給機４０のコンプレッサ４２、下流吸気通路２３等が接続されている。下流吸気通路２３には、コンプレッサ４２により圧送される吸気を冷却するインタークーラ２４が設けられている。インタークーラ２４は、水冷式又は空冷式の何れであってもよい。
シリンダヘッドＣＨの排気側の側部には、各気筒Ｃから排気ポートを介いて排出される排気を集合させる排気マニホールド３０が設けられている。排気マニホールド３０には、排気上流側から順に、上流排気通路３１、過給機４０のタービン４１、第１接続排気通路３２、前段後処理装置５０、第２接続排気通路３３、後段後処理装置６０、下流排気通路３４等が接続されている。下流排気通路３４には、何れも不図示の消音器やテールパイプ等が設けられている。なお、過給機４０のタービンハウジングを排気マニホールド３０に直接接続する場合には、上流排気通路３１を省略してもよい。
過給機４０は、排気により駆動するタービン４１と、タービン４１にターボ軸４３で一体回転可能に連結されたコンプレッサ４２とを備えている。なお、過給機４０は、図示例のコンベンショナルタイプに限定されず、可変翼を備える可変容量型タイプであってもよい。
前段後処理装置５０は、排気上流側から順に、酸化触媒５２及び、フィルタ５３を有する。
酸化触媒５２は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体の表面に触媒成分等を担持して形成されており、排気中に含まれるＨＣやＣＯを酸化する。酸化触媒５２は、エンジン１０の不図示の筒内インジェクタによるポスト噴射や、排気管インジェクタ５１の排気管噴射によって未燃燃料（ＨＣ）が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
フィルタ５３は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ５３は、排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭ）を隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するフィルタ再生が実施される。なお、フィルタ再生は、前回のフィルタ再生実施からの累積走行距離が所定の閾値距離に達した場合等、所定のインターバル毎に実施してもよい。
後段後処理装置６０は、排気上流側から順に、尿素水噴射装置６１及び、ＮＯｘ触媒装置７０を有する。
尿素水噴射装置６１は、尿素水を貯留する尿素水タンク６２と、尿素水タンク６２内の尿素水に浸漬されて異物を除去するストレーナ６３と、ストレーナ６３に接続された供給配管６４と、供給配管６４に設けられて尿素水タンク６２から尿素水を汲み上げる尿素水ポンプ６５と、供給配管６４から供給される尿素水を第２接続排気通路３３内に噴射する尿素水インジェクタ６６とを備えている。尿素水インジェクタ６６よりも下流側の第２接続排気通路３３には、複数枚のフィン等を備えるミキサー部材６７が設けられている。
尿素水インジェクタ６６から噴射された尿素水は、ミキサー部材６７によって撹拌されて排気と混合され、排気熱や排気中の水蒸気により加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）に生成されることで、下流側のＮＯｘ触媒装置７０に還元剤として供給されるようになる。
ＮＯｘ触媒装置７０は、三重管構造体７１と、吸着発熱材８０と、ＳＣＲ触媒８１と、流路切替バルブ８２とを備えている。以下、本実施形態に係るＮＯｘ触媒装置７０の詳細を図２に基づいて説明する。
［ＮＯｘ触媒装置］
図２に示すように、三重管構造体７１は、径方向外側から順に、外管７２、中管７３、内管７４を配置して構成されている。これら外管７２、中管７３及び、内管７４は、好ましくは同心状に設けられている。
図２に示すように、三重管構造体７１は、径方向外側から順に、外管７２、中管７３、内管７４を配置して構成されている。これら外管７２、中管７３及び、内管７４は、好ましくは同心状に設けられている。
外管７２は、第２接続排気通路３３及び、下流排気通路３４よりも大径の略円筒状に形成されている。外管７２の軸方向長さは、中管７３及び、内管７４の軸方向長さよりも長く形成されている。外管７２の上流端（一端）と、第２接続排気通路３３の下流端とは、下流側に向かうに従い拡径する略円錐台形筒状の第１拡径管７５によって互いに接続されている。第１拡径管７５は、外管７２の上流端側に一体形成されてもよく、或は、外管７２に溶接又はボルト・ナット締結等で接合固定される別管として形成されてもよい。
中管７３は、外管７２よりも小径、且つ、内管７４よりも大径の略円筒状に形成されている。中管７３の下流端（他端）は、外管７２及び、内筒７４の下流端（他端）よりも排気上流側に所定量オフセットして設けられている。また、中管７３は、その上流端（一端）を外管７２の上流端（一端）よりも排気下流側に所定量オフセットして設けられている。中管７３の上流端（一端）には、軸心側から中管７３に向かうに従い拡径する略円錐台形筒状の第２拡径管７６が接続されている。第２拡径管７６は、中管７３の上流端側に一体形成されてもよく、或は、中管７３に溶接又はボルト・ナット締結等で接合固定される別管として形成されてもよい。
外管７２と中管７３との対向空間には、吸着発熱材８０が収容されている。吸着発熱材８０は、排気を流通可能な多孔質性の担体に、例えば、金属イオン交換ゼオライト等を担持して形成されている。金属イオン交換ゼオライトは、低温時に排気中の水分を吸着して発熱し、且つ、高温時に水分を脱離する性質を有する。なお、吸着発熱材８０の材質は、金属イオン交換ゼオライトに限定されず、水分を吸着して発熱する性質を有する他の部材を用いてもよい。
内管７４は、中管７３よりも小径の略円筒状に形成されている。内管７４の上流端（一端）は、中管７３の上流端（一端）よりも排気下流側に所定量オフセットして設けられている。内管７４の下流端と、外筒７２の下流端とは、これらの間を閉鎖する円環板７７によって互いに接続されている。内管７４の下流端は、略円錐台形筒状の縮径管７８を介して下流排気通路３４の上流端に接続されている。内管７４の内部空間には、ＳＣＲ触媒８１が収容されている。
ＳＣＲ触媒８１は、例えば多孔質のセラミック製担体にゼオライト等を担持して形成されている。ＳＣＲ触媒８１は、尿素水インジェクタ６６から還元剤として供給されるアンモニアを吸着すると共に、吸着したアンモニアで通過する排気中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。
以上のように構成された三重管構造体７１には、第２接続排気通路３３から流れ込む排気を吸着発熱材８０からＳＣＲ触媒８１に導いて流通させる第１排気通路７１Ａと、第２接続排気通路３３から流れ込む排気を吸着発熱材８０から迂回させてＳＣＲ触媒８１に直接的に導く第２排気通路７１Ｂ（本開示の迂回通路）とが区画形成されている。これら第１排気通路７１Ａと第２排気通路７１Ｂとの分岐部には、排気の流路を第１排気通路７１Ａ又は第２排気通路７１Ｂに選択的に切り替え可能な流路切替バルブ８２が設けられている。流路切替バルブ８２の切り替え作動は、制御装置１００からの指令に応じて制御される。
具体的には、図３（Ａ）に示すように、流路切替バルブ８２により、排気の流路を第１排気通路７１Ａとすると、排気は、第１拡径管７５と第２拡径管７６との間、外管７２と中管７３との間を流れ、中管７３の下流端で円環板７７によって径方向内側に折り返された後、中管７３と内管７４との間の吸着発熱材８０に導かれる。さらに、吸着発熱材８０を通過した排気は、内管７４の上流端で第２拡径管７６の内周面によって径方向内側に折り返された後、内管７４内に収容されたＳＣＲ触媒８１へと導かれるようになる。
これにより、例えば、低排気温時等に、吸着発熱材８０が排気中に含まれる水分を吸着して発熱すると、吸着発熱材８０を通過してＳＣＲ触媒８１に流れ込む排気の温度が上昇し、さらには、ＳＣＲ触媒８１が吸着発熱材８０によって外周側から加熱されることで、ＳＣＲ触媒８１を活性温度域まで早期に昇温できるようになる。また、高排気温時には、吸着発熱材８０を流れる高温排気によって水分が離脱することで、吸着発熱材８０の再生が促進され、さらには、再生時の吸熱効果及び、吸着発熱材８０の熱容量によって排気の温度が低下することで、ＳＣＲ触媒８１の過昇温を効果的に抑制できるようになる。
一方、図３（Ｂ）に示すように、流路切替バルブ８２により、排気の流路を第２排気通路７１Ｂとすると、排気は、第２拡径管７６の内部空間及び、中管７３の内管７２よりも排気上流側に突出する内周面によって区画される空間内を流れ、吸着発熱材８０を通過することなく、ＳＣＲ触媒８１へと直接的に導かれるようになる。
これにより、例えば、吸着発熱材８０の発熱温度かピーク温度に達した後、すなわち、吸着発熱材８０の温度が低下し始めた後は、ＳＣＲ触媒８１に低温排気が流れ込むことを防止できるようになり、ＳＣＲ触媒８１の温度を活性温度域に効果的に維持できるようになる。
図１に戻り、エンジン１０の排気系には、各種センサ類が設けられている。第１排気温度センサ９０は、酸化触媒５２の直下流に設けられており、酸化触媒５２を流れた排気の温度（以下、酸化触媒出口温度ＴＤＯＣ＿ＯＵＴ）を取得する。差圧センサ９１は、フィルタ５３の上下流に設けられており、フィルタ５３の前後差圧Ｐを取得する。第２排気温度センサ９２はＮＯｘ触媒装置７０の直上流に設けられており、ＳＣＲ触媒８１に流れ込む排気の温度（以下、ＳＣＲ触媒入口温度ＴＳＣＲ＿ＩＮ）を取得する。第３排気温度センサ９３は吸着発熱材８０の直下流に設けられており、吸着発熱材８０を流れた排気の温度（以下、吸着発熱材出口温度ＴＨＭ＿ＯＵＴ）を取得する。第４排気温度センサ９４はＳＣＲ触媒８１の直下流に設けられており、ＳＣＲ触媒８１を流れた排気の温度（以下、ＳＣＲ触媒出口温度ＴＳＣＲ＿ＯＵＴ）を取得する。これら各センサ９０〜９４のセンサ値は、電気的に接続された制御装置１００に送信される。
［制御装置］
図４は、本実施形態に係る制御装置１００及び、関連する周辺構成を示す模式的な機能ブロック図である。
図４は、本実施形態に係る制御装置１００及び、関連する周辺構成を示す模式的な機能ブロック図である。
制御装置１００は、例えば、コンピュータ等の演算を行う装置であり、互いにバス等で接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート等を備え、プログラムを実行する。
また、制御装置１００は、プログラムの実行により、酸化触媒温度推定部１１０と、ＳＣＲ触媒温度推定部１２０と、フィルタ再生制御部１３０と、流路切替制御部１４０とを備える装置として機能する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアである制御装置１００に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
酸化触媒温度推定部１１０は、第１排気温度センサ９０から送信される酸化触媒出口温度ＴＤＯＣ＿ＯＵＴに基づいて、酸化触媒５２の内部温度に相当する酸化触媒温度ＴＤＯＣを推定する。酸化触媒温度推定部１１０により推定される酸化触媒温度ＴＤＯＣは、フィルタ再生制御部１３０に送信される。
ＳＣＲ触媒温度推定部１２０は、第４排気温度センサ９４から送信されるＳＣＲ触媒出口温度ＴＳＣＲ＿ＯＵＴに基づいて、ＳＣＲ触媒８２の内部温度に相当するＳＣＲ触媒温度ＴＳＣＲを推定する。なお、触ＳＣＲ触媒温度ＴＳＣＲは、第２排気温度センサ９２により取得されるＳＣＲ触媒入口温度ＴＳＣＲ＿ＩＮと、第４排気温度センサ９４により取得されるＳＣＲ触媒出口温度ＴＳＣＲ＿ＯＵＴとに基づいて推定してもよい。ＳＣＲ触媒温度推定部１２０により推定されるＳＣＲ触媒温度ＴＳＣＲは、流路切替制御部１４０に送信される。
フィルタ再生制御部１３０は、差圧センサ９１から送信されるフィルタ５３の前後差圧Ｐが所定の上限差圧に達した場合、或いは、前回のフィルタ再生実施からのインターバル（例えば、累積走行距離や累積走行時間）が所定のインターバルに達した場合等、所定の実行条件が成立すると、フィルタ５３に堆積しているＰＭを燃焼除去するフィルタ再生制御を実施する。フィルタ再生制御は、ポスト噴射や排気管噴射によって未燃燃料を酸化触媒５２に供給し、フィルタ５３に流入する排気の温度をＰＭ燃焼温度まで上昇させることにより行われる。
フィルタ再生制御の燃料噴射量は、ＰＭ燃焼温度と酸化触媒温度推定部１１０から送信される酸化触媒温度ＴＤＯＣとの偏差に基づいてフィードバック制御すればよい。フィルタ再生制御は、差圧センサ９２から送信される前後差圧Ｐが所定の下限差圧まで低下した場合、燃料総噴射量が所定の上限噴射量に達した場合、或は、再生制御開始からの経過時間が上限時間に達すると終了する。
流路切替制御部１４０は、ＳＣＲ触媒温度推定部１２０から送信されるＳＣＲ触媒温度ＴＳＣＲ、第２排気温度センサ９２から送信されるＳＣＲ触媒入口温度ＴＳＣＲ＿ＩＮ及び、第３排気温度センサ９３から送信される吸着発熱材出口温度ＴＨＭ＿ＯＵＴに基づいて、流路切替バルブ８２の切替作動を制御する流路切替制御を実施する。
具体的には、流路切替制御部１４０は、エンジン１０の始動後、ＳＣＲ触媒温度推定部１２０から送信されるＳＣＲ触媒温度ＴＳＣＲが所定の活性温度下限値よりも低い場合には、排気の流路が第１排気通路７１Ａとなるように、流路切替バルブ８２の作動を制御する。これにより、吸着発熱材８０が排気中に含まれる水分を吸着して発熱することにより、ＳＣＲ触媒８１を早期に昇温できるようになる。
また、流路切替制御部１４０は、第３排気温度センサ９３から送信される吸着発熱材出口温度ＴＨＭ＿ＯＵＴが低下し始める直前の所定のピーク温度（本開示の第１温度）に達すると、排気の流路を第１排気通路７１Ａから第２排気通路７１Ｂに切り替えるように、流路切替バルブ８２の作動を制御する。これにより、排気の流れが温度を低下させる吸着発熱材８０から迂回され、低温排気のＳＣＲ触媒８１への流れ込みが防止されることにより、ＳＣＲ触媒８１を活性温度域に効果的に維持できるようになる。
また、流路切替制御部１４０は、第２排気温度センサ９２から送信されるＳＣＲ触媒入口温度ＴＳＣＲ＿ＩＮが、前述のピーク温度よりも高い所定の閾値温度（本開示の第２温度）を超えると、排気の流路を第２排気通路７１Ｂから第１排気通路７１Ａに切り替えるように、流路切替バルブ８２の作動を制御する。閾値温度は、吸着発熱材８０に吸着された水分が離脱する温度（例えば、約２００〜３００℃）を基準に設定すればよい。このように、排気温度が閾値温度に達すると、高温排気を吸着発熱材８０に流通させることにより、吸着発熱材８０の再生を促進しつつ、ＳＣＲ触媒８１の過昇温が抑止されることで、触媒劣化を効果的に防止できるようになる。
また、流路切替制御部１４０は、排気温度が閾値温度を超えた後、排気温度が再び閾値温度以下に低下すると、排気の流路を第１排気通路７１Ａから第２排気通路７１Ｂに戻すように、流路切替バルブ８２の作動を制御する。これにより、ＳＣＲ触媒８１が必要以上に冷却されることを抑止できるようになり、ＳＣＲ触媒８１を活性温度域に効果的に維持できるようになる。
さらに、流路切替制御部１４０は、ＳＣＲ触媒８１に流れ込む排気温度がＰＭ燃焼温度まで上昇するフィルタ再生制御時も、排気の流路を吸着発熱材８０に流通させる第１排気通路７１Ａとするように、流路切替バルブ８２の作動を制御する。これにより、フィルタ再生と並行して吸着発熱材８０の再生を促進することができ、さらには、吸着発熱材８０の熱容量及び、再生時の吸熱効果によって排気の温度を低下させることができ、フィルタ再生時のＳＣＲ触媒８１の過昇温を効果的に防止できるようになる。
次に、図５に基づいて、本実施形態に係る流路切替制御の処理の流れを説明する。本ルーチンは、エンジン１０の始動と同時に開始する。
ステップＳ１００では、ＳＣＲ触媒温度ＴＳＣＲが所定の活性温度下限値よりも低いか否かを判定する。ＳＣＲ触媒温度ＴＳＣＲが活性温度下限値よりも低い場合（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ１１０に進む。一方、エンジン１０が、例えば前回停止から短時間で再始動した場合等、ＳＣＲ触媒温度ＴＳＣＲが活性温度下限値以上にある場合（Ｎｏ）、本制御はステップＳ１０５に進み、排気の流路を第２排気通路７１Ｂとした後、後述するステップＳ１３０の判定処理に進む。
ステップＳ１１０では、排気の流路を第１排気通路７１Ａとし、吸着発熱材８０の発熱によりＳＣＲ触媒８１を昇温させる。次いで、ステップＳ１２０では、吸着発熱材出口温度ＴＨＭ＿ＯＵＴが所定のピーク温度に達したか否かを判定する。吸着発熱材出口温度ＴＨＭ＿ＯＵＴがピーク温度に達した場合（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ１２５に進む。一方、吸着発熱材出口温度ＴＨＭ＿ＯＵＴがピーク温度に達していない場合（Ｎｏ）、本制御はステップＳ１１０の処理に戻される。
ステップＳ１２５では、排気の流路を第１排気通路７１Ａから第２排気通路７１Ｂとし、ＳＣＲ触媒８１への低温排気の流れ込みを防止する。次いで、ステップＳ１３０では、ＳＣＲ触媒入口温度ＴＳＣＲ＿ＩＮが所定の閾値温度を超えたか否かを判定する。ＳＣＲ触媒入口温度ＴＳＣＲ＿ＩＮが閾値温度を超えた場合（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ１３５に進む。一方、ＳＣＲ触媒入口温度ＴＳＣＲ＿ＩＮが閾値温度を超えていない場合（Ｎｏ）、本制御はステップＳ１２５の処理に戻される。
ステップＳ１３５では、排気の流路を第２排気通路７１Ｂから第１排気通路７１Ａとし、高温排気を吸着発熱材８０に流通させることにより、吸着発熱材８０の再生を促進する。次いで、ステップＳ１４０では、ＳＣＲ触媒入口温度ＴＳＣＲ＿ＩＮが閾値温度以下に低下したか否かを判定する。ＳＣＲ触媒入口温度ＴＳＣＲ＿ＩＮが閾値温度以下に低下した場合（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ１４５に進む。一方、ＳＣＲ触媒入口温度ＴＳＣＲ＿ＩＮが閾値温度以下に低下していない場合（Ｎｏ）、本制御はステップＳ１４５の処理に戻される。
ステップＳ１４５では、排気の流路を第１排気通路７１Ａから第２排気通路７１Ｂとし、排気を吸着発熱材８０から迂回させることで、ＳＣＲ触媒８１を活性温度域に保持する。次いで、ステップＳ１５０では、フィルタ再生制御が開始されたか否かを判定する。フィルタ再生制御が開始された場合（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ１５５に進む。一方、フィルタ再生制御が開始されていない場合（Ｎｏ）、本制御はステップＳ１４５の処理に戻される。
ステップＳ１５５では、排気の流路を第２排気通路７１Ｂから第１排気通路７１Ａとし、高温排気を吸着発熱材８０に流通させることにより、ＳＣＲ触媒８１の過昇温を防止する。次いで、ステップＳ１６０では、フィルタ再生制御が終了したか否かを判定する。フィルタ再生制御が終了した場合（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ１６５に進む。一方、フィルタ再生制御が終了していない場合（Ｎｏ）、本制御はステップＳ１５５の処理に戻される。
ステップＳ１６５では、排気の流路を第１排気通路７１Ａから第２排気通路７１Ｂとし、その後、本制御はリターンされる。以降、エンジン１０が停止するまで、本制御は上述の各ステップを繰り返し処理する。
以上詳述した本実施形態によると、エンジン１０の排気系にＮＯｘ触媒装置７０を設け、該ＮＯｘ触媒装置７０は、排気中の水分を吸気して発熱する吸着発熱材８０と、排気中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒８１と、排気の流れを吸着発熱材８０から迂回させてＳＣＲ触媒８１に導く迂回通路としての第２排気通路７１Ｂとを備えて構成されている。これにより、電気ヒータによる加熱や、エンジン１０の燃焼制御による排気温度の上昇等を行うことなく、或いは、燃焼制御の実行期間を短縮しつつ、ＳＣＲ触媒８１を早期に活性温度域まで昇温できるようになり、燃費性能を確実に向上することが可能になる。
また、排気温度に応じて、排気の流路を吸着発熱材８０又は、吸着発熱材８０を迂回する第２排気通路７１Ｂに適宜に切り替えることにより、ＳＣＲ触媒８１を活性温度域に効果的に維持しつつ、ＳＣＲ触媒８１の過昇温による劣化を抑止することも可能になる。また、排気の流路を吸着発熱材８０とし、この状態で尿素水インジェクタ６６から尿素水を噴射すると、吸着発熱材８０の発熱によりアンモニアの生成が促進されるようになり、ＳＣＲ触媒８１のＮＯｘ浄化率を効果的に向上することも可能になる。
また、ＮＯｘ触媒装置７０を、外管７２と、中管７３と、内管７４とを備える三重管構造体７１とし、中管７３と内管７４との間に吸着発熱材８０を収容し、内管７４内にＳＣＲ触媒８１を収容することで、ＮＯｘ触媒装置７０の全体が軸方向にコンパクトな構造となるように構成されている。これにより、搭載性を確実に向上することができ、さらには、排気系レイアウトの自由度も向上することが可能になる。特に、ＮＯｘ触媒装置７０をエンジン１０の出口側と近接して配置する場合においても、ＳＣＲ触媒８１のＮＯｘ浄化性能を維持しつつ、過昇温による劣化を効果的に防止することが可能になる。
［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することが可能である。
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することが可能である。
例えば、図６に示すように、ＳＣＲ触媒８１をケーシング７９内に収容し、吸着発熱材８０をケーシング７９よりも上流側の第２接続排気通路３３内に収容し、第２接続排気通路３３に、吸着発熱材８０を迂回するバイパス通路３９を設けて構成してもよい。この場合、流路切替バルブ８２は、第２接続排気通路３３とバイパス通路３９との分岐部、又は、第２接続排気通路３３とバイパス通路３９との合流部の何れに設ければよい。
また、ＮＯｘ触媒は、ＳＣＲ触媒８１に限定されず、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ：Lean NOx Trap）等、他のＮＯｘ触媒にも広く適用することが可能である。また、詳細な図示は省略するが、ＮＯｘ触媒装置７０と同様の構成を、上流側の酸化触媒５２に適用することも可能である。
１０ エンジン
２０ 吸気マニホールド
２１ エアクリーナ
２２ 上流吸気通路
２３ 下流吸気通路
３０ 排気マニホールド
３１ 上流排気通路（排気通路）
３２ 第１接続排気通路（排気通路）
３３ 第２接続排気通路（排気通路）
４０ 過給機
４１ タービン
４２ コンプレッサ
５０ 前段後処理装置
５２ 酸化触媒
５３ フィルタ
６０ 後段後処理装置
６１ 尿素水噴射装置
７０ ＮＯｘ触媒装置
７１ 三重管構造体
７１Ａ 第１排気通路（排気通路）
７１Ｂ 第２排気通路（排気通路）
７２ 外管
７３ 中管
７４ 内管
８０ 吸着発熱材
８１ ＳＣＲ触媒
８２ 流路切替バルブ（流路切替機構）
９０ 第１排気温度センサ（排気温度取得手段）
９２ 第２排気温度センサ（排気温度取得手段）
９３ 第３排気温度センサ（排気温度取得手段）
９４ 第４排気温度センサ（排気温度取得手段）
１００ 制御装置
１１０ 酸化触媒温度推定部（排気温度取得手段）
１２０ ＳＣＲ触媒温度推定部（排気温度取得手段）
１３０ フィルタ再生制御部
１４０ 流路切替制御部（流路切替機構）
２０ 吸気マニホールド
２１ エアクリーナ
２２ 上流吸気通路
２３ 下流吸気通路
３０ 排気マニホールド
３１ 上流排気通路（排気通路）
３２ 第１接続排気通路（排気通路）
３３ 第２接続排気通路（排気通路）
４０ 過給機
４１ タービン
４２ コンプレッサ
５０ 前段後処理装置
５２ 酸化触媒
５３ フィルタ
６０ 後段後処理装置
６１ 尿素水噴射装置
７０ ＮＯｘ触媒装置
７１ 三重管構造体
７１Ａ 第１排気通路（排気通路）
７１Ｂ 第２排気通路（排気通路）
７２ 外管
７３ 中管
７４ 内管
８０ 吸着発熱材
８１ ＳＣＲ触媒
８２ 流路切替バルブ（流路切替機構）
９０ 第１排気温度センサ（排気温度取得手段）
９２ 第２排気温度センサ（排気温度取得手段）
９３ 第３排気温度センサ（排気温度取得手段）
９４ 第４排気温度センサ（排気温度取得手段）
１００ 制御装置
１１０ 酸化触媒温度推定部（排気温度取得手段）
１２０ ＳＣＲ触媒温度推定部（排気温度取得手段）
１３０ フィルタ再生制御部
１４０ 流路切替制御部（流路切替機構）
Claims (5)
- 排気を流通させる排気通路と、
前記排気通路に設けられており、排気を浄化する触媒担体と、
前記排気通路の前記触媒担体よりも排気上流側に設けられており、低温時に排気中の水分を吸着して発熱すると共に、高温時に水分を脱離する発熱材と、
前記排気通路を流れる排気を前記発熱材から迂回させて前記触媒担体に導く迂回通路と、
排気の流路を前記発熱材又は前記迂回通路に選択的に切り替える流路切替機構と、を備える
ことを特徴とする排気後処理装置。 - 排気温度を取得する排気温度取得手段をさらに備え、
前記流路切替機構は、
取得される前記排気温度が所定の第１温度に達するまでは、排気の流路を前記発熱材とし、取得される前記排気温度が前記第１温度に達すと、排気の流路を前記発熱材から前記迂回通路に切り替え、取得される前記排気温度が前記第１温度よりも高い所定の第２温度を超えると、排気の流路を前記発熱材に戻す
請求項１に記載の排気後処理装置。 - 前記触媒担体よりも上流側の前記排気通路に、排気中の粒子状物質を捕集可能なフィルタが設けられており、
前記流路切替機構は、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生の実行中は排気の流路を前記発熱材とする
請求項１又は２に記載の排気後処理装置。 - 前記触媒担体は、尿素水から排気熱により加水分解されて生成されるアンモニアを還元剤として排気中の窒素化合物を還元浄化する選択還元型触媒担体である
請求項１から３の何れか一項に記載の排気後処理装置。 - 前記排気通路には、径方向外側から順に、外管、中管、内管を備える三重管構造体が設けられており、
前記内管の内部には、前記触媒担体が収容されており、
前記中管と前記内管との間には、前記発熱材が収容されており、
前記外管の一端側及び他端側は、前記中管よりも軸方向に長く突出しており、
前記中管の少なくとも一端側は、前記内管よりも軸方向に長く突出しており、
排気を、前記外管と前記中管との間の一端側から流通させて前記中管の他端で径方向内側に折り返すと共に、前記中管と前記内管との間の他端側から前記発熱材へと流通させ、前記内管の一端で径方向内側に折り返して前記触媒担体へと導く第１排気通路と、
前記第１排気通路の排気上流端から分岐すると共に、排気を、前記中管の前記内管よりも突出する一端側の内周面によって区画される空間内に流通させて前記触媒担体へと導く前記迂回通路としての第２排気通路と、を備え、
前記流路切替機構が、前記第１排気通路と前記第２排気通路との分岐部に設けられている
請求項１から４の何れか一項に記載の排気後処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019180504A JP2021055636A (ja) | 2019-09-30 | 2019-09-30 | 排気後処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019180504A JP2021055636A (ja) | 2019-09-30 | 2019-09-30 | 排気後処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021055636A true JP2021055636A (ja) | 2021-04-08 |
Family
ID=75270210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019180504A Pending JP2021055636A (ja) | 2019-09-30 | 2019-09-30 | 排気後処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2021055636A (ja) |
-
2019
- 2019-09-30 JP JP2019180504A patent/JP2021055636A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20210413 |