JP2021143616A - Exhaust emission control system of internal combustion engine - Google Patents
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- F01N3/28—Construction of catalytic reactors
Abstract
Description
本開示は内燃機関の排気浄化システムに関する。 The present disclosure relates to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine.
一般に、内燃機関の排気通路には、排気中の有害成分を浄化するために触媒が設けられる。 Generally, a catalyst is provided in the exhaust passage of an internal combustion engine to purify harmful components in the exhaust.
しかし、触媒が排気抵抗となって触媒上流側の排気圧力、すなわち背圧が過度に上昇することがある。この背圧上昇が生じると内燃機関の燃焼効率が低下する。そのため、こうした背圧の上昇を抑制することが望まれる。 However, the catalyst may become an exhaust resistance and the exhaust pressure on the upstream side of the catalyst, that is, the back pressure may rise excessively. When this increase in back pressure occurs, the combustion efficiency of the internal combustion engine decreases. Therefore, it is desired to suppress such an increase in back pressure.
そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、内燃機関の背圧の上昇を抑制することができる内燃機関の排気浄化システムを提供することにある。 Therefore, the present disclosure was devised in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an exhaust gas purification system for an internal combustion engine capable of suppressing an increase in back pressure of the internal combustion engine.
本開示の一の態様によれば、
内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、
前記触媒をバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、
前記バイパス弁を制御するように構成された制御ユニットと、
前記触媒の上流側の排気圧を検出する排気圧センサと、
を備え、
前記制御ユニットは、前記排気圧センサにより検出された排気圧が高い場合には、低い場合に比べ、前記バイパス通路の開度を増大するように前記バイパス弁を制御する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化システムが提供される。
According to one aspect of the present disclosure
The catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and
A bypass passage that bypasses the catalyst and
A bypass valve that opens and closes the bypass passage and
A control unit configured to control the bypass valve and
An exhaust pressure sensor that detects the exhaust pressure on the upstream side of the catalyst, and
With
The internal combustion engine is characterized in that when the exhaust pressure detected by the exhaust pressure sensor is high, the control unit controls the bypass valve so as to increase the opening degree of the bypass passage as compared with the case where the exhaust pressure is low. Exhaust purification system is provided.
好ましくは、前記排気浄化システムは、前記触媒の下流側において前記触媒の浄化成分の排気中濃度を検出する濃度センサをさらに備え、
前記制御ユニットは、前記濃度センサにより検出された濃度が高い場合には、低い場合に比べ、前記バイパス通路の開度を減少するように前記バイパス弁を制御する。
Preferably, the exhaust purification system further comprises a concentration sensor that detects the concentration of the purification component of the catalyst in the exhaust on the downstream side of the catalyst.
When the concentration detected by the concentration sensor is high, the control unit controls the bypass valve so as to reduce the opening degree of the bypass passage as compared with the case where the concentration is low.
好ましくは、前記触媒がNOx触媒である。 Preferably, the catalyst is a NOx catalyst.
好ましくは、前記排気浄化システムは、前記バイパス通路の合流点よりも下流側に位置する前記排気通路に設けられた下流側触媒をさらに備える。 Preferably, the exhaust purification system further comprises a downstream catalyst provided in the exhaust passage located downstream of the confluence of the bypass passages.
好ましくは、前記排気浄化システムは、前記下流側触媒の上流側の排気温を検出する排気温センサをさらに備え、
を備え、
前記制御ユニットは、前記排気温センサにより検出された排気温が高い場合には、低い場合に比べ、前記バイパス通路の開度を増大するように前記バイパス弁を制御する。
Preferably, the exhaust purification system further comprises an exhaust temperature sensor that detects the upstream exhaust temperature of the downstream catalyst.
With
When the exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensor is high, the control unit controls the bypass valve so as to increase the opening degree of the bypass passage as compared with the case where the exhaust temperature is low.
好ましくは、前記下流側触媒がNOx触媒である。 Preferably, the downstream catalyst is a NOx catalyst.
本開示によれば、内燃機関の背圧の上昇を抑制することができる。 According to the present disclosure, an increase in back pressure of an internal combustion engine can be suppressed.
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present disclosure is not limited to the following embodiments.
図1に、本実施形態の排気浄化システムを示す。このシステムが適用される内燃機関(図示せず、エンジンともいう)は、車両用ディーゼルエンジンである。車両(図示せず)はトラック等の大型車両である。但し内燃機関の種類、用途等は限定されない。 FIG. 1 shows an exhaust gas purification system of this embodiment. The internal combustion engine (not shown, also referred to as an engine) to which this system is applied is a vehicle diesel engine. The vehicle (not shown) is a large vehicle such as a truck. However, the type and application of the internal combustion engine are not limited.
排気浄化システム200は概して、エンジンの排気通路に設けられた触媒7と、触媒7をバイパスするバイパス通路を形成するバイパス穴5と、バイパス穴5を開閉するバイパス弁6と、バイパス弁6を制御するように構成された制御ユニットとしての電子制御ユニット(ECU(Electronic Control Unit)という)100と、触媒7の上流側の排気圧を検出する排気圧センサ61とを備える。
The
排気通路とは、エンジンの排気が流れる任意の通路を意味する。触媒7はこの排気通路内に配置され、浄化対象の有害成分すなわち浄化成分を浄化する。本実施形態の触媒7は、排気中のNOx(窒素酸化物)を還元する選択還元型NOx触媒(SCR(Selective Catalytic Reduction)触媒)である。従って浄化成分はNOxである。触媒7は、尿素水を加水分解して得られるアンモニアNH3とNOxを化学反応させることにより、排気中のNOxを窒素N2に還元する。
The exhaust passage means an arbitrary passage through which the exhaust of the engine flows. The
本実施形態の排気浄化システム200は、バイパス通路の合流点(後述)よりも下流側に位置する排気通路に設けられた下流側触媒50をさらに備える。下流側触媒50も、選択還元型NOx触媒である。以下便宜上、触媒7を前段触媒7、下流側触媒50を後段触媒50という。
The
本実施形態における前段触媒7と後段触媒50の関係について述べると、後段触媒50がメインの触媒であり、前段触媒7は補助的な触媒である。従って前段触媒7よりも後段触媒50の方が容量が大きい。後段触媒50には常時排気が流される。後段触媒50のみではNOxを十分除去できない場合に前段触媒7が補助的に使用される。このように前段触媒7を追加することにより、還元可能なNOx量を増やし、排ガス規制の強化に対応可能となる。
The relationship between the first-
なお、触媒7,50の少なくとも一方は吸蔵還元型NOx触媒(LNT(Lean NOx Trap)触媒)であってもよく、NOx触媒以外の触媒(例えば酸化触媒、三元触媒等)であってもよい。これら触媒7,50以外に他の触媒を追加してもよい。ここで触媒には、触媒が担持された連続再生式パティキュレートフィルタが含まれる。
At least one of the
前段触媒7とバイパス穴5とバイパス弁6は、後に詳述する排気浄化装置1のケース2内に設けられる。また後段触媒50は、排気浄化装置1よりも下流側に配置された触媒ケーシング51内に収容されている。後段触媒50および触媒ケーシング51は共に円筒状である。触媒ケーシング51の入口管52は図示しない排気管を介して排気浄化装置1の出口管11に接続される。触媒ケーシング51の出口管53は、いずれも図示しない排気管を介して他の触媒(例えばアンモニア酸化触媒)に接続されるか、または大気開放される。
The
エンジンからの排気Gは、入口管9を通じて排気浄化装置1内に導入される。排気Gの流れを破線矢印で示す。本実施形態の場合、ターボチャージャのタービンから排出された排気が入口管9に導入される。
The exhaust G from the engine is introduced into the
図2および図3を参照して、排気浄化装置1を説明する。図2は横断平面図(図3のII−II断面図)、図3は縦断正面図(図2のIII−III断面図)である。便宜上、直交三軸の各方向、すなわち前後左右上下の各方向を図示の如く定める。但しこれら各方向が図示の配置に関して説明の便宜上定められたものに過ぎない点に留意されたい。ここでは便宜上、排気圧センサ61等のセンサ類が省略されている。
The exhaust
図示するように、排気浄化装置1は、密閉状のケース2と、ケース2の内部を仕切る仕切板3と、ケース2および仕切板3により画成されたU字状通路4とを備える。U字状通路4は、符号G1で示すように、後方から前方に向かう方向(第1方向)に向かって排気を流す第1通路41と、第1方向とは反対側の第2方向(前方から後方に向かう方向)に向かって排気を流す第2通路42と、排気を第1通路41から第2通路42に流す第3通路43とを有する。
As shown in the figure, the exhaust
また排気浄化装置1は、仕切板3に設けられ、第1通路41と第2通路42を連通するバイパス穴5と、バイパス穴5を開閉するバイパス弁6と、バイパス穴5の出口側より上流側の第2通路42に設けられた前段触媒7とを備える。
Further, the
ケース2は、図示の如き複数の部材をコンパクトに纏めてキャニング(canning)状態で収容する密閉容器とされる。本実施形態のケース2は直方体形状とされる。仕切板3は、縦の状態(上下方向に延びる状態)で前後方向に延び、その後端がケース2の後端壁31に接続され、その前端がケース2の前端壁32から所定距離X1離間される。これにより仕切板3はケース2内を左右方向に仕切り、同時にU字状通路4を形成する。
The
便宜上、前後方向における前端壁31の前端の位置X2を境として、後側を第1通路41および第2通路42、前側を第3通路43とする。第1通路41の左右幅Y1は第2通路42の左右幅Y2より小さくされ、第3通路43の前後幅(仕切板3とケース2の間隔X1に等しい)は第1通路41の左右幅Y1と同程度とされる。第3通路43は、第1方向と直角な第3方向(左側から右側に向かう方向)に向かって排気を流す。第1通路41、第2通路42および第3通路43の排気流れG1方向に直角な断面形状は四角形である。
For convenience, the rear side is the
第1通路41の上流端ないし後端には排気を導入するための排気入口8が接続される。排気入口8は入口管9により形成され、入口管9はケース2の後端壁31に固定される。
An
第2通路42の下流端ないし後端には排気を排出するための排気出口10が接続される。排気出口10は出口管11により形成され、出口管11はケース2の右側壁33に固定される。
An
入口管9には、それより上流側に位置する排気管(図示せず)の下流端が接続される。出口管11には、それより下流側に位置して後段触媒50側の入口管52に接続される排気管(図示せず)の上流端が接続される。これによりU字状通路4は、両排気管内の排気通路と連通される。
The
バイパス穴5は、仕切板3の後端部に設けられる。本実施形態のバイパス穴5は、仕切板3の全高を切り抜いて形成され、バイパス穴5の全閉時には、バイパス弁6がバイパス穴5に嵌合してバイパス穴5を完全に閉じるようになっている。従ってバイパス穴5およびバイパス弁6は、縦長長方形の形状を有する。図2および図3はバイパス穴5の全開時を示す。図3にバイパス弁6の形状を示す。
The
但し、これに限らず、バイパス穴5およびバイパス弁6の形状は任意である。仕切板3の高さ方向の中間部のみを切り抜いてバイパス穴5を形成し、バイパス穴5にバイパス弁6を嵌合させるか重ねるなどしてバイパス穴5を全閉してもよい。
However, the shape is not limited to this, and the shapes of the
バイパス弁6はバタフライ弁で構成され、回動軸12の回りを回動可能となっている。回動軸12は、バイパス穴全閉時におけるバイパス弁6の前端縁に固定され、バイパス穴5の前端に位置されると共に、上下方向に延びる。回動軸12は、例えばサーボモータにより形成されたアクチュエータ13により回転駆動される。アクチュエータ13は図1に示したECU100により制御される。
The
図2に示すように、バイパス穴5を全閉したときのバイパス弁6の角度θを全閉角度θa、バイパス穴5を全開したときのバイパス弁6の角度θを全開角度θbとする。θa=0°、θb=90°である。バイパス弁6の角度θが大きくなるにつれ、バイパス弁6およびバイパス穴5の開度は大きくなっていく。θ=θaのときの開度を0%、θ=θbのときの開度を100%とする。
As shown in FIG. 2, the angle θ of the
バイパス弁6は、バイパス穴5の全開時に第1通路41を全閉し、バイパス穴5の全閉時に第1通路41を全開するように構成されている。特にバイパス穴5の全開時には、バイパス弁6が第1通路41に嵌合され、第1通路41を完全に閉じるようになっている。
The
排気浄化装置1は、前段触媒7より上流側のU字状通路4内に尿素水Uを噴射する噴射弁14をさらに備える。本実施形態の場合、噴射弁14は、第3通路43の上流端に配置され、ケース2の左側壁34に固定される。そして第3通路43の下流側に向かって尿素水Uを左側から右側へと噴射する。第3通路43は、噴射弁14から噴射された尿素水Uを排気と混合させる混合通路としての役割を果たす。
The exhaust
前段触媒7は、前後方向に延びる中心軸Cを有する円筒状とされ、円形の保護管15内に収容されている。そしてこれら前段触媒7と保護管15のアセンブリは、第2通路42内に同軸状態で配置されている。保護管15の外周囲に排気が流れるのを防止するため、保護管15の前端と、ケース2および仕切板3との隙間は、前端板16で閉止されている。また保護管15の後端と、ケース2および仕切板3との隙間は、後端板17で閉止されている。
The
前段触媒7、保護管15および後端板17は、第2通路42内におけるバイパス穴5の出口側および排気出口10よりも前方、すなわち排気G1流れ方向上流側に位置される。よってそれらの後側における第2通路42内のスペース20は、触媒7およびバイパス穴5の少なくとも一方から出た排気が排気出口10に向かうための通路として機能する。
The front-
このスペース20は、前述したバイパス通路の合流点を形成する。すなわち、排気G1が流れるU字状通路4をメインの排気通路とすると、排気G2が流れるバイパス穴5は、前段触媒7をバイパスするバイパス通路を形成する。このバイパス通路は、当該スペース20でU字状通路4と合流される。従って当該スペース20は、バイパス通路の合流点を形成する。
This
なお排気浄化装置1は、金属(例えばステンレス)製のケース2、仕切板3等を溶接等により組み立てた構造である。
The exhaust
作動について、バイパス弁6が図示の如く全開角度θbの位置にあり、バイパス穴5を全開しているときには、第1通路41がバイパス弁6により全閉される。よって排気入口8から第1通路41内に導入された排気は、矢印G2で示すように、全量バイパス穴5を通じ、第2通路42を経由して排気出口10から排出される。これによって排気が前段触媒7をバイパスし、排気が前段触媒7を流れることによる排気抵抗の上昇、ひいては背圧上昇を抑制することができる。
Regarding the operation, when the
他方、バイパス弁6が全閉角度θaの位置にあり、バイパス穴5を全閉しているときには、排気入口8から第1通路41内に導入された排気は、矢印G1で示すように、全量第1通路41、第3通路43、第2通路42という経路を辿って触媒7に流される。そして前段触媒7を通過した後、一旦第2通路42を経由して排気出口10から排出される。これによって排気が前段触媒7を流れ、排気中のNOxを浄化することができる。
On the other hand, when the
バイパス弁6を全閉角度θaと全開角度θbの間の中間角度にすれば、バイパス穴5と前段触媒7の両方に排気を流すことができる。そしてバイパス弁6の開度を調節することにより、背圧とNOx浄化を最適にバランスさせることができる。
If the
この排気浄化装置1によれば、ケース2の内部を仕切る仕切板3にバイパス穴5を設けたため、例えば図1に示した後段触媒ケーシング51の入口管52および出口管53を別のバイパス用排気管で繋ぐような従来の構成に比べ、排気浄化装置の構成を簡易でコンパクトにすることができる。
According to this
また、バイパス弁6をバタフライ弁で構成したので、単一のバイパス弁6でバイパス穴5と第1通路41を交互に全開、全閉でき、これによっても排気浄化装置の構成を簡易でコンパクトにすることができる。
Further, since the
なお、ケースは直方体形状でなくてもよく、任意の形状であってよい。例えば図4に示すように、ケース2は正面視で略円筒状もしくはダルマ形であってもよい。図示例の場合、ケース2は、第2通路42を画成する大径円筒管18と、第1通路41を画成する小径半円筒管19とを組み合わせて構成される。これら大径円筒管18と小径半円筒管19の接続位置に仕切板3が設けられる。バイパス弁6は、断面半円状の第1通路41に嵌合可能な半円状とされる。他の構成は大略同様である。
The case does not have to have a rectangular parallelepiped shape, and may have any shape. For example, as shown in FIG. 4, the
前段触媒7は、第2通路42以外の位置に設けられてもよい。例えば、排気G1流れ方向においてバイパス穴5の入口側より下流側の第1通路41に設けられてもよい。あるいは、第3通路43に設けられてもよい。第1〜第3通路41〜43のうちの2つ以上の通路にそれぞれ設けられてもよい。
The
出口管11は、ケース2の後端壁31に固定されてもよい。
The
図1に戻って、後段触媒ケーシング51の入口管52には、後段触媒50用の尿素水Uを噴射する噴射弁54が設けられる。なお噴射弁54は、より上流側に設けられてもよく、出口管11と入口管52を繋ぐ排気管に設けられてもよい。
Returning to FIG. 1, the
電気的構成に関して、排気浄化システム200は、前段触媒7の上流側の排気圧PA、排気温TAおよびNOx濃度NAをそれぞれ検出する排気圧センサ61、排気温センサ62および濃度センサ63を備える。これらセンサは排気浄化装置1に設けられ、バイパス穴5の入口側における各値を検出する。
Regarding the electrical configuration, the
また排気浄化システム200は、排気G1流れ方向における前段触媒7の下流側で、かつ後段触媒50の上流側の排気温TBおよびNOx濃度NBをそれぞれ検出する排気温センサ64および濃度センサ65を備える。これらセンサも排気浄化装置1に設けられ、バイパス穴5の出口側、すなわち第2通路42の後側スペース20における各値を検出する。
Further, the
また排気浄化システム200は、後段触媒50の下流側のNOx濃度NCを検出する濃度センサ66を備える。濃度センサ66は出口管53に設けられるが、これに接続される排気管に設けられてもよい。
Further, the exhaust
以上のセンサ61〜66はECU100に電気的に接続される。そしてこれらセンサ61〜66の検出値等に基づき、ECU100は、バイパス弁6および噴射弁14,54を制御するように構成されている。
The
次に、制御について説明する。 Next, control will be described.
ECU100は、排気圧センサ61により検出された排気圧PAが高い場合には、低い場合に比べ、バイパス穴5の開度を増大するようにバイパス弁6を制御する。
When the exhaust pressure PA detected by the
バイパス穴5の開度を増大すると、バイパス穴5を通過する排気G2の流量を増大し、前段触媒7を通過する排気G1の流量を減少することができる。よって排気圧PAが高い場合に、バイパス穴5の開度を増大することにより、前段触媒7の通過による排気抵抗、ひいては背圧上昇を抑制し、排気圧PAを低下させることができる。そしてエンジンの燃焼効率低下を抑制し、燃費悪化を抑制することができる。
When the opening degree of the
またECU100は、濃度センサ65により検出されたNOx濃度NBが高い場合には、低い場合に比べ、バイパス穴5の開度を減少するようにバイパス弁6を制御する。
Further, when the NOx concentration NB detected by the
バイパス穴5の開度を減少すると、バイパス穴5を通過する排気G2の流量を減少し、前段触媒7を通過する排気G1の流量を増大することができる。よってNOx濃度NBが高い場合に、バイパス穴5の開度を減少することにより、前段触媒7によるNOx浄化を促進し、NOx濃度NBを低下させることができる。そして排気エミッションを向上することができる。
When the opening degree of the
またECU100は、排気温センサ62により検出された排気温TAが高い場合には、低い場合に比べ、バイパス穴5の開度を増大するようにバイパス弁6を制御する。
Further, when the exhaust temperature TA detected by the
排気温TAが高い場合には、低い場合に比べ、後段触媒50の浄化率が上昇する傾向にある。従ってこの場合に、前段触媒7を通過する排気G1の流量を減少させても、後段触媒50によりNOxを浄化できるので問題ないことが多い。よって排気温TAが高い場合には、バイパス穴5の開度を増大させて排気G2のバイパス流量を増大させる。これにより背圧を低下させることができる。なお例えば、排気温TAが高い場合とはエンジンの暖機完了後の状態をいい、排気温TAが低い場合とはエンジンの暖機完了前の状態をいう。
When the exhaust temperature TA is high, the purification rate of the
上記制御において、NOx濃度NBの代わりにNOx濃度NAまたはNCを用いてもよい。また排気温TAの代わりに排気温TBを用いてもよい。 In the above control, NOx concentration NA or NC may be used instead of NOx concentration NB. Further, the exhaust temperature TB may be used instead of the exhaust temperature TA.
以下、制御のより具体的な実施例を説明する。 Hereinafter, more specific examples of control will be described.
(第1実施例)
図5(A)に示すように、ECU100は、排気圧センサ61により検出された排気圧PAが所定のしきい値PAs以上のときにはバイパス弁6を開弁(バイパス穴5を開)し、排気圧PAがしきい値PAs未満のときにはバイパス弁6を閉弁(バイパス穴5を閉)するよう、バイパス弁6を制御する。これにより排気圧PAがしきい値PAs以上のときには、しきい値PAs未満のときよりバイパス穴5の開度が増大される。しきい値PAsは、エンジンの燃焼効率や燃費等を考慮して許容し得る排気圧の最大値であって、実験的に求められた値と等しいかその付近の値に設定され、ECU100に予め記憶される。閉弁時の開度は、好ましくは全閉(0%)であり、開弁時の開度は、好ましくは全開(100%)である。しかしながら、同等の効果が達成できれば全閉および全開でなくてもよく、それらに近い開度であってもよい。以下においても同様である。
(First Example)
As shown in FIG. 5A, when the exhaust pressure PA detected by the
ECU100は、こうした排気圧に基づく制御に加え、図5(B)に示すようなNOx濃度に基づく制御と、図5(C)に示すような排気温に基づく制御とを行う。
In addition to the control based on the exhaust pressure, the
すなわち図5(B)に示すように、ECU100は、濃度センサ65により検出されたNOx濃度NBが所定のしきい値NBsより大きいときにはバイパス弁6を閉弁し、NOx濃度NBがしきい値NBs以下のときにはバイパス弁6を開弁するよう、バイパス弁6を制御する。これによりNOx濃度NBがしきい値NBsより大きいときには、しきい値NB以下のときよりバイパス穴5の開度が減少される。しきい値NBsは、後段触媒50の下流側のNOx濃度NCが法規制値等を考慮して許容し得る値となるNOx濃度NBの最大値であって、実験的に求められた値と等しいかその付近の値に設定され、ECU100に予め記憶される。
That is, as shown in FIG. 5 (B), the
また図5(C)に示すように、ECU100は、温度センサ62により検出された排気温TAが所定のしきい値TAs以上のときにはバイパス弁6を開弁し、排気温TAがしきい値TAs未満のときにはバイパス弁6を閉弁するよう、バイパス弁6を制御する。これにより排気温TAがしきい値TAs以上のときには、しきい値TAs未満のときよりバイパス穴5の開度が増大される。しきい値TAsは、後段触媒50の浄化率が十分に高く排気をバイパスさせてもNOx濃度NCが所定のしきい値NCs以下となるような排気温の最小値であって、実験的に求められた値と等しいかその付近の値に設定され、ECU100に予め記憶される。しきい値NCsは、例えば法規制上の上限値と等しいかその付近の値に設定される。
Further, as shown in FIG. 5C, the
図6を参照して、第1実施例の制御ルーチンを説明する。図示するルーチンはECU100により所定の演算周期τ(例えば10msec)毎に繰り返し実行される。
The control routine of the first embodiment will be described with reference to FIG. The illustrated routine is repeatedly executed by the
まずステップS101において、ECU100は、排気圧センサ61、濃度センサ65および温度センサ62によりそれぞれ検出された排気圧PA、NOx濃度NBおよび排気温TAを取得する。
First, in step S101, the
次にステップS102において、ECU100は、排気圧PAがしきい値PAs以上か否かを判断する。
Next, in step S102, the
しきい値PAs以上の場合、ECU100は、ステップS103において、NOx濃度NBがしきい値NBs以下か否かを判断する。
When the threshold value is PAs or more, the
しきい値NBs以下の場合、ECU100は、ステップS104において、排気温TAがしきい値TAs以上か否かを判断する。
When the threshold value is NBs or less, the
しきい値TAs以上の場合、ECU100は、ステップS105において、バイパス弁6を開弁し、ルーチンを終える。
When the threshold value TAs or more, the
他方、ECU100は、ステップS102において排気圧PAがしきい値PAs未満の場合と、ステップS103においてNOx濃度NBがしきい値NBsより大きい場合と、ステップS104において排気温TAがしきい値TAs未満の場合との、いずれの場合においても、ステップS106において、バイパス弁6を閉弁し、ルーチンを終える。
On the other hand, in the
このように、排気圧PAがしきい値PAs以上の場合でも、NOx濃度NBがしきい値NBsより大きい場合には、バイパス弁6を閉弁するので、背圧抑制に優先してNOx抑制を行うことができ、最終的に後段触媒50から排出されるNOx排出量を所定値以下、例えば規制値以下に抑制することができる。
In this way, even when the exhaust pressure PA is equal to or higher than the threshold PAs, when the NOx concentration NB is larger than the threshold NBs, the
また、排気圧PAがしきい値PAs以上の場合でも、排気温TAがしきい値TAs未満の場合には、後段触媒50単独でのNOx浄化が十分に担保できないとして、バイパス弁6を閉弁するので、背圧抑制に優先してNOx浄化を行うことができ、最終的に後段触媒50から排出されるNOx排出量を抑制することができる。なおこうした場合は、エンジンの暖機完了前に起こる可能性がある。
Further, even when the exhaust pressure PA is equal to or higher than the threshold PAs, if the exhaust temperature TA is less than the threshold TAs, the
因みに、ステップS103およびS104の少なくとも一方を省略してもよい。NOx濃度NBの代わりにNOx濃度NCを用いてもよい。 Incidentally, at least one of steps S103 and S104 may be omitted. NOx concentration NC may be used instead of NOx concentration NB.
(第2実施例)
次に、制御の第2実施例を説明する。
(Second Example)
Next, a second embodiment of control will be described.
図7(A)に示すように、本実施例では、排気圧Pおよび排気温Tと、バイパス弁6の角度θ(すなわち開度)との関係を規定したマップ(関数でもよい。以下同様)がECU100に予め記憶され、ECU100は基本的にこのマップに従ってバイパス弁6の開度を制御する。以下便宜上、角度θを開度θと読み替えて説明する。
As shown in FIG. 7A, in this embodiment, a map (a function may be used; the same applies hereinafter) that defines the relationship between the exhaust pressure P and the exhaust temperature T and the angle θ (that is, the opening degree) of the
マップには、背圧とNOxを最適にバランスさせるようなバイパス弁6の開度θであって、実験的に求められた値が入力されている。
In the map, the opening degree θ of the
図7(B)には、マップ中の排気圧Pとバイパス弁開度θとの関係を実線aで示す。排気圧Pが上昇するほど、バイパス弁開度θは増大される。これにより背圧が上昇するほど、バイパス穴5を通過するバイパス流量を増大し、背圧の上昇を抑制することができる。
FIG. 7B shows the relationship between the exhaust pressure P in the map and the bypass valve opening degree θ by the solid line a. As the exhaust pressure P increases, the bypass valve opening degree θ increases. As a result, as the back pressure increases, the bypass flow rate passing through the
図7(C)には、マップ中の排気温Tとバイパス弁開度θとの関係を実線bで示す。排気温Tが上昇するほど、バイパス弁開度θは増大される。これにより排気温Tが上昇するほど、バイパス流量を増大してNOx浄化を後段触媒50により多く担当させ、その分、背圧上昇を抑制することができる。
FIG. 7C shows the relationship between the exhaust temperature T in the map and the bypass valve opening degree θ by the solid line b. As the exhaust temperature T rises, the bypass valve opening degree θ increases. As a result, as the exhaust temperature T rises, the bypass flow rate is increased to allow the
ところで、最終的に後段触媒50から排出される排気のNOx濃度NCがしきい値NCs以下である場合には、上記のようなマップに基づく制御のみで問題ない。しかし、エンジン運転状態の変化等により、マップのみでは一時的にNOx濃度NCがしきい値NCsを超えることがある。よってその場合には、NOx濃度NCに基づいてマップ値を補正する。
By the way, when the NOx concentration NC of the exhaust gas finally discharged from the
具体的には、NOx濃度NCがしきい値NCsを超えた場合、ECU100は、マップ中のバイパス弁開度θの基本値を開度減少側に補正し、補正後の値に等しくなるように実際のバイパス弁開度θを制御する。図7(B)および図7(C)には、補正後のバイパス弁開度θを破線c,dで示す。
Specifically, when the NOx concentration NC exceeds the threshold value NCs, the
図7(B)に示すように、NOx濃度NCがしきい値NCsを超えた場合、同一の排気圧Pに対する補正後のバイパス弁開度θ(線c)は、基本値(線a)より減少される。そしてこのときの減少補正量は、NOx濃度NCがしきい値NCsより大きくなるほど、増大される。好ましくは、実際のNOx濃度NCとしきい値NCsの差ΔN=NC−NCsに基づき、PID制御の手法に則って、減少補正量が算出される。ECU100は、基本値から減少補正量を減算して補正後のバイパス弁開度θ(マップ値)を算出する。
As shown in FIG. 7B, when the NOx concentration NC exceeds the threshold value NCs, the corrected bypass valve opening degree θ (line c) for the same exhaust pressure P is from the basic value (line a). It will be reduced. The reduction correction amount at this time is increased as the NOx concentration NC becomes larger than the threshold value NCs. Preferably, the reduction correction amount is calculated according to the PID control method based on the difference ΔN = NC-NCs between the actual NOx concentration NC and the threshold value NCs. The
排気温についても同様である。図7(C)に示すように、NOx濃度NCがしきい値NCsを超えた場合、同一の排気温Tに対する補正後のバイパス弁開度θ(線d)は、基本値(線b)より減少される。そしてこのときの減少補正量は、NOx濃度NCがしきい値NCsより大きくなるほど、増大される。好ましくは、実際のNOx濃度NCとしきい値NCsの差ΔN=NC−NCsに基づき、例えばPID制御の手法に則って、減少補正量が算出される。ECU100は、基本値から減少補正量を減算して補正後のバイパス弁開度θ(マップ値)を算出する。
The same applies to the exhaust temperature. As shown in FIG. 7 (C), when the NOx concentration NC exceeds the threshold value NCs, the corrected bypass valve opening degree θ (line d) for the same exhaust temperature T is from the basic value (line b). It will be reduced. The reduction correction amount at this time is increased as the NOx concentration NC becomes larger than the threshold value NCs. Preferably, the reduction correction amount is calculated based on the difference ΔN = NC-NCs between the actual NOx concentration NC and the threshold value NCs, for example, according to the method of PID control. The
こうしたNOx濃度NCに基づくマップ値の補正は、図7(B)に示すような排気圧Pとバイパス弁開度θの関係に対してのみ行ってもよいし、図7(C)に示すような排気温Tとバイパス弁開度θの関係に対してのみ行ってもよい。NOx濃度NCの代わりに、より上流側のNOx濃度NBまたはNAを用いてもよい。この場合には、NB=NBsまたはNC=NCsのときに概ねNC=NCsとなるよう、各々のしきい値NBs,NAsがしきい値NCsより大きな値とされる。 The correction of the map value based on the NOx concentration NC may be performed only for the relationship between the exhaust pressure P and the bypass valve opening degree θ as shown in FIG. 7 (B), or as shown in FIG. 7 (C). It may be performed only for the relationship between the exhaust temperature T and the bypass valve opening degree θ. Instead of the NOx concentration NC, the NOx concentration NB or NA on the upstream side may be used. In this case, the respective threshold values NBs and NAs are set to be larger than the threshold NCs so that NC = NCs when NB = NBs or NC = NCs.
本実施例でも、NOx濃度NCがしきい値NCsを超えた場合には、それ以下の場合に比べ、バイパス弁開度θが減少される。 Also in this embodiment, when the NOx concentration NC exceeds the threshold value NCs, the bypass valve opening degree θ is reduced as compared with the case where the NOx concentration NC exceeds the threshold value NCs.
図8を参照して、第2実施例の制御ルーチンを説明する。図示するルーチンはECU100により所定の演算周期τ(例えば10msec)毎に繰り返し実行される。
The control routine of the second embodiment will be described with reference to FIG. The illustrated routine is repeatedly executed by the
まずステップS201において、ECU100は、排気圧センサ61、温度センサ62および濃度センサ66によりそれぞれ検出された排気圧PA、排気温TAおよびNOx濃度NCを取得する。
First, in step S201, the
次にステップS202において、ECU100は、排気圧PAおよび排気温TAに基づき、図7(A)のマップからバイパス弁開度の基本値θを算出する。
Next, in step S202, the
次にECU100は、ステップS203において、NOx濃度NCがしきい値NCsを超えたか否かを判断する。
Next, in step S203, the
しきい値NCs以下の場合、ECU100は、ステップS204において、バイパス弁開度の最終的な目標値θtを基本値θに等しく設定する。そしてステップS205において、バイパス弁6の実際の開度を目標値θtに等しく制御し、ルーチンを終える。
When the threshold value is NCs or less, the
他方、ステップS203においてNOx濃度NCがしきい値NCsを超えた場合、ECU100は、ステップS206において、取得したNOx濃度NCとしきい値NCsの差ΔN=NC−NCsに基づき、減少補正量Δθを算出する。減少補正量Δθは、差ΔNが大きいほど大きな値とされる。なおこの算出にはマップまたは関数を用いることができる。
On the other hand, when the NOx concentration NC exceeds the threshold value NCs in step S203, the
次いでECU100は、ステップS207において、基本値θから減少補正量Δθを減算した値を目標値θtとして算出する。そしてステップS205において、バイパス弁6の実際の開度を目標値θtに等しく制御し、ルーチンを終える。
Next, in step S207, the
このようにNOx濃度NCがしきい値NCsを超えた場合には、バイパス弁開度を減少することができるので、前段触媒7の通過流量を増やし、システム全体としてのNOx浄化率を増大することができる。そして最終的に後段触媒50から排出されるNOx排出量を所定値以下、例えば規制値以下に抑制することができる。
When the NOx concentration NC exceeds the threshold value NCs in this way, the bypass valve opening degree can be reduced, so that the passing flow rate of the
また、NOx濃度NCがしきい値NCs以下の場合には、排気圧PAおよび排気温TAに基づいてマップから求められた最適開度に、実際のバイパス弁開度を制御するので、背圧とNOxを最適にバランスさせることができる。 Further, when the NOx concentration NC is equal to or less than the threshold value NCs, the actual bypass valve opening is controlled to the optimum opening obtained from the map based on the exhaust pressure PA and the exhaust temperature TA. NOx can be optimally balanced.
以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態および変形例は他にも様々考えられる。 Although the embodiments of the present disclosure have been described in detail above, various other embodiments and modifications of the present disclosure can be considered.
(1)例えば、触媒をバイパスするためのバイパス構造は、上記実施形態のものに限られず、任意の構造を採用できる。例えば、図1に示した後段触媒ケーシング51の入口管52および出口管53を別のバイパス用排気管で繋ぐような従来の構造も採用可能である。
(1) For example, the bypass structure for bypassing the catalyst is not limited to that of the above embodiment, and any structure can be adopted. For example, a conventional structure in which the
(2)必要に応じて、後段触媒50を省略してもよい。例えば、排気圧のみに基づくバイパス弁制御を行う場合と、排気圧およびNOx濃度のみに基づくバイパス弁制御を行う場合とには、後段触媒50は省略可能である。
(2) If necessary, the
本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。 The embodiments of the present disclosure are not limited to the above-described embodiments, and all modifications, applications, and equivalents included in the ideas of the present disclosure defined by the claims are included in the present disclosure. Therefore, this disclosure should not be construed in a limited way and may be applied to any other technique that falls within the scope of the ideas of this disclosure.
5 バイパス穴
6 バイパス弁
7 触媒(前段触媒)
50 下流側触媒(後段触媒)
61 排気圧センサ
62,64 排気温センサ
63,65,66 濃度センサ
100 電子制御ユニット(ECU)
200 排気浄化システム
50 Downstream catalyst (post-stage catalyst)
61
200 Exhaust purification system
Claims (6)
前記触媒をバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、
前記バイパス弁を制御するように構成された制御ユニットと、
前記触媒の上流側の排気圧を検出する排気圧センサと、
を備え、
前記制御ユニットは、前記排気圧センサにより検出された排気圧が高い場合には、低い場合に比べ、前記バイパス通路の開度を増大するように前記バイパス弁を制御する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 The catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and
A bypass passage that bypasses the catalyst and
A bypass valve that opens and closes the bypass passage and
A control unit configured to control the bypass valve and
An exhaust pressure sensor that detects the exhaust pressure on the upstream side of the catalyst, and
With
The internal combustion engine is characterized in that when the exhaust pressure detected by the exhaust pressure sensor is high, the control unit controls the bypass valve so as to increase the opening degree of the bypass passage as compared with the case where the exhaust pressure is low. Exhaust purification system.
前記制御ユニットは、前記濃度センサにより検出された濃度が高い場合には、低い場合に比べ、前記バイパス通路の開度を減少するように前記バイパス弁を制御する
請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システム。 A concentration sensor for detecting the concentration of the purification component of the catalyst in the exhaust gas on the downstream side of the catalyst is further provided.
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the control unit controls the bypass valve so as to reduce the opening degree of the bypass passage when the concentration detected by the concentration sensor is high as compared with the case where the concentration is low. Exhaust purification system.
請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化システム。 The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the catalyst is a NOx catalyst.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。 The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, further comprising a downstream catalyst provided in the exhaust passage located on the downstream side of the confluence of the bypass passages.
を備え、
前記制御ユニットは、前記排気温センサにより検出された排気温が高い場合には、低い場合に比べ、前記バイパス通路の開度を増大するように前記バイパス弁を制御する
請求項4に記載の内燃機関の排気浄化システム。 An exhaust temperature sensor for detecting the exhaust temperature on the upstream side of the downstream catalyst is further provided.
With
The internal combustion engine according to claim 4, wherein the control unit controls the bypass valve so as to increase the opening degree of the bypass passage when the exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensor is high, as compared with the case where the exhaust temperature is low. Engine exhaust purification system.
請求項4または5に記載の内燃機関の排気浄化システム。 The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 4 or 5, wherein the downstream catalyst is a NOx catalyst.
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