JP5906959B2 - 排ガス浄化システム - Google Patents

Description

本発明は排ガス浄化システムに関し、更に詳しくは、エンジンの始動初期における排ガス処理機能を向上することができる排ガス浄化システムに関する。

ディーゼルエンジンの排ガス浄化システムの例として、図６に示すように、排ガスＧの管路１に直列に接続された、酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）２、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）３及び選択触媒還元方式（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）４を有する後処理装置５を備えたものが挙げられる（例えば、特許文献１を参照）。この排ガス浄化システムにおいて、ディーゼルエンジンの排ガスＧは、ＤＯＣ２において炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を分解除去されてから、ＤＰＦ３において粒子状物質（ＰＭ）を捕集除去された後に、ＳＣＲ４において尿素噴射ノズルから供給された尿素水から生成されるアンモニア（ＮＨ₃）を用いて窒化酸化物（ＮＯｘ）が浄化される。また、ＤＯＣ２は、排ガス中に含まれるＮＯｘの大半を占める一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ₂）を生成する機能も有しているため、ＤＰＦ３に捕集されたＰＭの燃焼（ＰＭ再生）を促進することや、ＳＣＲ４のＮＯｘ浄化効率を向上することが可能になる。

しかし、上記の排ガス浄化システムにおいては、後処理装置５内の温度が約１５０℃以下の低温になると、ＮＯ→ＮＯ₂の生成反応が進行しにくくなるため、排ガス浄化機能を十分に発揮できなくなってしまうおそれがある。

このような排ガス浄化機能の低下は、特にエンジンの始動初期において顕著になる。なぜならば、エンジンの始動時においては、ディーゼルエンジンの排ガスＧ中に多量に含まれる水蒸気が、エンジン停止後に後処理装置５内で結露して付着しているため、その付着した水の蒸発潜熱により後処理装置５の昇温が妨げられるためである。

また、このように後処理装置５内に付着した水が、周辺温度が氷点下になって凍結すると、ＤＰＦ３のフィルターに担持された触媒が劣化又は破損して、ＰＭの捕集効率が低下してしまうおそれもある。

このような問題を解決するために、排ガスを浄化する触媒の上流側の排気通路に、排ガスに含まれる水分を捕集して外部へ排出する水分除去装置を設けた排気浄化装置が提案されている（特許文献２を参照）。

しかしながら、上記の排気浄化装置では、排ガスの有する熱が水分除去装置に奪われて、後処理装置の昇温が妨げられてしまうので、水分除去の効果が不十分なものになってしまうという問題がある。

特開２０１１−１９０７２０号公報 特開２００１−３２９８３３号公報

本発明の目的は、エンジンの始動初期における排ガス処理機能を向上することができる排ガス浄化システムを提供することにある。

上記の目的を達成する本発明の排ガス浄化システムは、圧縮空気が貯蔵されたエアタンクを有する車両のディーゼルエンジンの排ガスの管路に後処理装置を設置してなる排ガス浄化システムにおいて、前記後処理装置の上流側の管路に第１バルブを設置するとともに、その第１バルブと該後処理装置との間の前記管路と前記エアタンクとを第２バルブが介設された配管で接続し、前記ディーゼルエンジンの運転時は、前記第１バルブを開放するとともに前記第２バルブを閉止し、前記ディーゼルエンジンの停止後は、前記第１バルブを閉止するとともに前記第２バルブを開放することで、前記エアタンクから前記後処理装置へ空気を供給し、前記エアタンク内の供給用の空気がなくなったときに、前記第１バルブを開放するとともに前記第２バルブを閉止ことを特徴とするものである。

上記の排ガス浄化システムにおいては、ディーゼルエンジンの停止後において、後処理装置内の最低温度が１００℃以下となる前に、第１バルブを閉止するとともに第２バルブを開放することが望ましい。そのようにすることで、後処理装置内に残留する水分を容易に除去することができる。

また、エアタンクが貯蔵する空気の大気圧換算された容量を、後処理装置の全体容量の２倍以上とすることで、後処理装置内に残留する水分を完全に除去することができる。

本発明の排ガス浄化システムによれば、ディーゼルエンジンのエンジン停止時に、エアタンクに貯蔵された空気を後処理装置に供給するようにしたので、後処理装置内に残留する水分を除去して、エンジン始動後における後処理装置の昇温時間を短縮することができるため、エンジンの始動初期における排ガス浄化性能を向上することができる。

本発明の第１の実施形態からなる排ガス浄化システムの構成図である。 本発明の第１の実施形態からなる排ガス浄化システムにおけるＥＣＵの制御内容を説明するフロー図である。 本発明の第２の実施形態からなる排ガス浄化システムの構成図である。 本発明の第２の実施形態からなる排ガス浄化システムにおけるＥＣＵの制御内容を説明するフロー図である。 本発明の効果を説明するグラフである。 従来の排ガス浄化システムの構成図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態からなる排ガス浄化システムを示す。

この排ガス浄化システムは、車両のディーゼルエンジンの排ガスＧが流れる管路１に、上流側から直列に順に配置されたＤＯＣ２、ＤＰＦ３及びＳＣＲ４を有する後処理装置５を備えるものである。ＤＯＣ２及びＤＰＦ３は第１ケーシング６内に、ＳＣＲ４は第２ケーシング７内に、それぞれ格納されている。

ＤＯＣ２は、排ガスＧの混合機能を有する構造に成形した金属製の担持体に、ロジウム、酸化セリウム、白金、酸化アルミニウム等を担持して形成される。ＤＰＦ３は、多孔質セラミック製のハニカムのチャンネル（セル）の入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型のウオールフローフィルタから形成される。

また、ＳＣＲ４は、コージェライトや酸化アルミニウムや酸化チタン等で形成されるハニカム構造等の担持体に、チタニア−バナジア、β型ゼオライト、酸化クロム、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タングステン等を担持して形成され、第２ケーシング７の入口に設けられた尿素噴射ノズル８から供給された尿素水が加水分解されて生成したＮＨ₃を用いて排ガスＧ中のＮＯｘを還元浄化する。

そして、後処理装置５の上流側の管路１には、遠隔操作可能な第１バルブ９が設置されている。更に、その第１バルブ９と後処理装置５との間の管路１は、遠隔操作可能な第２バルブ１０が介設された配管１１を通じて、車両に搭載されているエアタンク１２に接続するようになっている。エアタンク１２は、車両のエアブレーキやエアサスペンションに空気圧を付与するものであり、ディーゼルエンジンの回生エネルギー等により駆動可能なコンプレッサー１３により圧縮された空気が貯蔵されている。このエアタンク１２から配管１１を通過する空気の量は、配管１１に設置された流量計１４により測定される。

上述した第１バルブ９、第２バルブ１０、コンプレッサー１３及び流量計１４は、それぞれＥＣＵ１５に信号線（一点鎖線で示す）を通じて接続している。更に、ＥＣＵ１５には、ディーゼルエンジンの回転速度を検知する回転センサ１６が信号線で接続している。

このような排ガス浄化システムにおけるＥＣＵ１５の制御内容を、図２に基づいて以下に説明する。

ＥＣＵ１５は、回転センサ１６の測定値から、ディーゼルエンジンが停止時か否かを判定し（Ｓ１０）、エンジン停止時ではなくエンジン運転時であると判断した場合には、第１バルブ９を開放するとともに第２バルブ１０を閉止して、排ガスＧを後処理装置５に供給する（Ｓ２０）。

一方、ＥＣＵ１５は、ディーゼルエンジンがエンジン停止時であると判断した場合には、第１バルブ９を閉止するとともに第２バルブ１０を開放する（Ｓ３０）。この操作により、エアタンク１２内に圧縮・貯蔵されている空気が配管１１を通じて管路１へ流れ、後処理装置５内へ供給されるようになる。そのため、エンジン停止時において後処理装置５内に残留する水分（水蒸気又はその結露水）が、空気の流れによって除去されて外部へ放出される。

そして、エアタンク１２の流量計１４の測定値を後処理装置５の全体容量と比較して（Ｓ４０）、その全体容量以上の空気量が配管１１を通過したと判断したときには、エアタンク１２内の供給用の空気が全て排出されたものとして、第１バルブ９を開放するとともに第２バルブ１０を閉止する（Ｓ５０）。なお、後処理装置５の全体容量とは、第１ケーシング６と第２ケーシング７の合計容量を意味する。

最後に、次回の空気の供給に備えるために、ディーゼルエンジンの回生エネルギー等を利用してコンプレッサー１３を起動し、エアタンク１２内に空気を圧縮・貯蔵する（Ｓ６０）。

このように、ディーゼルエンジンのエンジン停止時に、エアタンク１２内に圧縮・貯蔵された空気を後処理装置５に供給するようにしたので、後処理装置５内に残留する水分を除去して、エンジン始動後における後処理装置５の昇温時間を短縮することができる。従って、ディーゼルエンジンのエンジン始動初期における排ガス処理機能を向上することができるのである。

なお、エンジン始動時において、新たに追加した第１バルブ９、第２バルブ１０及び配管１１が、排ガスＧから奪う熱は無視できるほど小さいものであるため、後処理装置５の昇温に影響を与えることはない。

図３は、本発明の第２の実施形態からなる排ガス浄化システムを示す。なお、図１と同じ部品には同一の符号を付し、説明を省略する。

上述した第１の実施形態においては、エンジン停止後に時間が経過すると、後処理装置５内の温度が徐々に低下するため、残留する水分のうちに結露水が占める割合が増加する。そのため、後処理装置５への空気の供給は、残留する水分が水蒸気になっている間、つまり後処理装置５内の最低温度が１００℃超である間に行うことが望ましい。

図１に示す後処理装置５の構成では、後処理装置５内の最低温度を示す部位はＳＣＲ４となる。そこで、本実施形態の排ガス浄化システムでは、ＳＣＲ４の入口に排ガスＧの温度を測定する温度センサ１７を設置している。この温度センサ１７の測定値は、一般的に直接測定が困難であるＳＣＲ４の温度を推定するために用いられる。

このような排ガス浄化システムにおけるＥＣＵ１５の制御内容を、図４に基づいて以下に説明する。なお、図２と同じ処理には同一のステップ番号を付し、説明を省略する。

ＥＣＵ１５は、回転センサ１６の測定値から、ディーゼルエンジンが停止時か否かを判定し（Ｓ１０）、エンジン停止時であると判断した場合には、温度センサ１７の測定値が１００℃超であるかを判定し（Ｓ２５）、その測定値が１００℃以下になる前に、第１バルブ９を閉止するとともに第２バルブ１０を開放する（Ｓ３０）。

このようにすることで、後処理装置５内に残留する水分が結露する前の水蒸気である間に空気を供給することができるので、残留する水分を容易に除去することができる。

なお、後処理装置５内の最低温度を示す部位は、後処理装置５を構成する触媒の種類や配置によって変わるものであり、それに応じて温度センサ等を適宜設置して、最低温度を測定するようにする。

本発明の第１及び第２の実施形態においては、エアタンク１２が貯蔵する空気の大気圧換算された容量が、後処理装置５の全体容量の２倍以上であることが望ましい。そのようにすることで、後処理装置５内に残留する水分を完全に除去することができる。

なお、上述した本発明の第１及び第２実施形態では、後処理装置５としてＤＯＣ２、ＤＰＦ３及びＳＣＲ４を有する構成を示しているが、これに限られるものではない。

本発明の排ガス浄化システム（実施例）と、図６に示す従来の排ガス浄化システム（比較例）とをそれぞれ装着した同一仕様の車両を、同一の走行モードで走行させてからエンジンを停止し、その後にエンジンを再始動したときの後処理装置５の温度変化を比較した実験結果を図５に示した。なお、後処理装置５の温度には、ＤＯＣ２の温度を用いている。

図５に示す実験結果から、実施例では比較例に比べて、ＤＯＣ２の温度が活性化温度の下限値である１５０℃に達するまでの時間が短縮されることが分かる。従って、本発明の排ガス浄化システムは、従来の排ガス浄化システムに比べて、エンジン始動時における後処理装置の昇温時間が短縮されることが確認された。

１ 管路
２ ＤＯＣ
３ ＤＰＦ
４ ＳＣＲ
５ 後処理装置
９ 第１バルブ
１０ 第２バルブ
１１ 配管
１２ エアタンク
１５ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 圧縮空気が貯蔵されたエアタンクを有する車両のディーゼルエンジンの排ガスの管路に後処理装置を設置してなる排ガス浄化システムにおいて、
   前記後処理装置の上流側の管路に第１バルブを設置するとともに、その第１バルブと該後処理装置との間の前記管路と前記エアタンクとを第２バルブが介設された配管で接続し、
   前記ディーゼルエンジンの運転時は、前記第１バルブを開放するとともに前記第２バルブを閉止し、
   前記ディーゼルエンジンの停止後は、前記第１バルブを閉止するとともに前記第２バルブを開放することで、前記エアタンクから前記後処理装置へ空気を供給し、
   前記エアタンク内の供給用の空気がなくなったときに、前記第１バルブを開放するとともに前記第２バルブを閉止することを特徴とする排ガス浄化システム。
2. 前記ディーゼルエンジンの停止後において、前記後処理装置内の最低温度が１００℃以下となる前に、前記第１バルブを閉止するとともに前記第２バルブを開放する請求項１に記載の排ガス浄化システム。
3. 前記エアタンクが貯蔵する空気の大気圧換算された容量が、前記後処理装置の全体容量の２倍以上である請求項１又は２に記載の排ガス浄化システム。

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