JP5959464B2 - エンジンの排気処理装置 - Google Patents
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Description
この種の排気処理装置によれば、排気の温度が比較的低い場合にも、触媒燃焼により可燃性ガスで排気を昇温させることができる利点がある。
しかし、この従来技術では、燃焼触媒以外の可燃性ガスの燃焼手段を備えていないため、問題がある。
燃焼触媒以外の可燃性ガスの燃焼手段を備えていないため、エンジン始動直後や軽負荷運転時等、排気温度が燃焼触媒の活性化温度に達しない場合には、燃焼触媒の触媒燃焼熱が得られず、DPFの再生や排気浄化触媒の活性化を図ることができない。
図2に例示するように、可燃性ガス生成器(1)で可燃性ガス(2)を生成させ、この可燃性ガス(2)を可燃性ガス放出口(3)から排気通路(4)に放出し、この可燃性ガス(2)を燃焼触媒(5)で触媒燃焼させ、その触媒燃焼熱で排気(6)を昇温させ、燃焼触媒(5)の下流に配置したDPF(7)に溜まったPMを燃焼除去し、DPF(7)の再生処理を実施するようにした、エンジンの排気処理装置において、
図2に例示するように、燃焼触媒(5)の上流で排気通路(4)に可燃性ガス供給通路(8)を連通させ、この可燃性ガス供給通路(8)に電熱着火装置(10)を設け、この電熱着火装置(10)を制御装置(11)に連携させ、
排気(6)の温度が所定の基準温度未満の場合には、制御装置(11)が低温時ガス着火処理を実行し、この低温時ガス着火処理では、電熱着火装置(10)で可燃性ガス(2)に着火して、可燃性ガス(2)の火炎燃焼の熱を排気通路(4)に供給し、
図3に例示するように、燃焼触媒(5)に所定量のPMが堆積すると、制御手段(11)が燃焼触媒(5)の再生処理を実施し、この燃焼触媒(5)の再生処理では、可燃性ガス生成器(1)で可燃性ガス(2)を生成させ、電熱着火装置(10)で可燃性ガス(2)に着火して、可燃性ガス(2)の火炎燃焼の熱を排気通路(4)に供給し、燃焼触媒(5)の入口排気温度が低温時ガス着火処理の場合よりも高くなるようにして、燃焼触媒(5)に堆積したPMを焼却除去するようにし、
図5(A)に例示するように、低温時ガス着火処理及び燃焼触媒(5)の再生処理では、排気(6)の温度が低いほど、また、エンジン回転速度が高いほど、制御装置(11)が電熱着火装置(10)に印加する電圧を高く設定するとともに、図4(B)に例示するように、電熱着火装置(10)の周辺温度が高いほど、制御装置(11)が前記設定の電圧を大きく引き下げるようにし、
図2に例示するように、燃焼触媒(5)の上流に、排気圧センサ(43)が配置され、この排気圧センサ(43)で燃焼触媒(5)の上流の排気圧を検出することにより、制御手段(11)が、燃焼触媒(5)とDPF(7)のPM堆積総量を推定し、PM堆積総量の推定値が再生許可値に至ると、制御装置(11)により、再生が許可され、DPF(7)の再生条件が満たされている場合には、制御装置(11)により、DPF(7)の再生が実施され、燃焼触媒(5)の再生条件が満たされている場合には、制御装置(11)により、燃焼触媒(5)の再生が実施され、
図3に例示するように、前回の再生終了から再生許可値に至るまでのインターバル(44)が所定時間以上である場合には、DPF(7)の再生条件が満たされ、上記インターバル(44)が所定時間未満である場合には、燃焼触媒(5)の再生条件が満たされるように構成されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
請求項1に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果》 エンジン始動直後や軽負荷運転時でもDPFの再生を図ることができる。
排気(6)の温度が所定の基準温度未満の場合には、制御装置(11)が低温時ガス着火処理を実行し、この低温時ガス着火処理では、電熱着火装置(10)で可燃性ガス(2)に着火して、可燃性ガス(2)の火炎燃焼の熱を排気通路(4)に供給するので、エンジン始動直後や軽負荷運転時等、本来的に排気温度が燃焼触媒(5)の活性化温度に達しない場合でも、可燃性ガス(2)の火炎燃焼の熱で排気(6)の温度を昇温させ、排気(6)の温度を燃焼触媒(5)の活性化温度に到達させることが可能となり、エンジン始動直後や軽負荷運転時でもDPF(7)の再生を図ることができる。
図5(A)に例示するように、低温時ガス着火処理では、排気(6)の温度が低いほど、また、エンジン回転速度が高いほど、制御装置(11)が電熱着火装置(10)に印加する電圧を高く設定するので、可燃性ガス(2)の着火が困難な排気低温時やエンジン高回転時には、電熱着火装置(10)の発熱量を高くすることができ、可燃性ガス(2)の着火の確実性を高めることができる。
なお、排気低温時やエンジン高回転時に可燃性ガス(2)の着火が困難になるのは、低温の排気(6)や大流量の排気(6)が電熱着火装置(10)の熱を大量に持ち去るためである。
図5(B)に例示するように、電熱着火装置(10)の周辺温度が高いほど、制御装置(11)が前記設定の電圧を大きく引き下げるようにしたので、電熱着火装置(10)の発熱量を制限して、電熱着火装置(10)の過熱を抑制し、電熱着火装置(10)の熱損傷を防止することができる。
DPFは、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの略称、PMは粒子状物質の略称である。燃焼触媒(5)にはDOCが用いられている。DOCはディーゼル酸化触媒の略称である。
DPF(7)のPM除去と共に、燃焼触媒(5)の下流に配置した排気浄化触媒(SCR触媒やNOX吸蔵触媒等)を活性化させるようにしてもよい。SCR触媒は選択還元触媒の略称である。
DPF(7)の再生処理時に、排気(6)の温度が所定の基準温度未満の場合には、制御装置(11)が低温時ガス着火処理を実行し、この低温時ガス着火処理では、電熱着火装置(10)で可燃性ガス(2)に着火して、可燃性ガス(2)の火炎燃焼の熱を排気通路(4)に供給する。
基準温度は燃焼触媒(5)の活性化温度である250°Cである。低温時ガス着火処理では、燃焼触媒(5)の入口排気温度を250°Cとする。
制御装置(11)はエンジンECU(31)である。エンジンECUはエンジン電子制御ユニットの略称である。電熱着火装置(10)はグロープラグ(10a)である。
図4に示すように、ステップ(S1)では、通常制御が行われ、通常制御では再生処理は禁止され、ステップ(S2)に進む。
ステップ(S2)では、再生許可条件が成立したか否かが判定される。PM堆積総量の推定値が再生許可値に至ると、再生条件が成立する。判定が否定されると、ステップ(S1)に戻り、判定が肯定されると、ステップ(S3)に進む。
ステップ(S3)では、燃焼触媒(5)の再生条件が成立したか否かが判定される。前記インターバル(44)が所定時間未満である場合には、燃焼触媒(5)の再生条件が成立する。判定が肯定されると、ステップ(S4)に進む。
ステップ(S5)では、燃焼触媒(5)の再生終了条件が満たされたか否かが判定される。燃焼触媒(5)の入口排気温度が所定値以上の状態が所定時間以上累積した場合には、再生終了条件が成立する。判定が否定されると、ステップ(S4)に戻り、判定が肯定されると、ステップ(S1)に戻る。
ステップ(S3)での判定が否定されると、ステップ(S6)に進み、DPF(7)の再生処理が行われ、ステップ(S7)に進む。
ステップ(S7)では、DPF(7)の再生終了条件が成立したか否かが判定される。DPF(7)の入口排気温度が所定温度以上の状態が所定時間以上累積した場合には、再生終了条件が成立する。判定が否定されると、ステップ(S6)に戻り、判定が肯定されると、ステップ(S1)に戻る。
このため、可燃性ガス(2)の着火が困難な排気低温時やエンジン高回転時には、電熱着火装置(10)の発熱量を高くすることができ、可燃性ガス(2)の着火の確実性を高めることができる。また、電熱着火装置(10)の発熱量を制限し、電熱着火装置(10)の過熱を抑制し、電熱着火装置(10)の熱損傷を防止することができる。
燃焼触媒(5)の再生時も同様にして、制御装置(11)が電熱着火装置(10)の電圧管理を行う。
電熱着火装置(10)であるグロープラグ(10a)の電源はバッテリ(48)である。グロープラグ(10a)の周辺にはグロープラグ(10a)の周辺温度を検出する周辺温度センサ(45)が配置され、この周辺温度センサ(45)が制御装置(11)に連携されている。エンジン回転数センサ(43)も制御手段(11)に連携されている。
電圧設定マップの電圧設定値を、図5(A)のグラフで示す。縦軸はDOC入口排気温度、横軸はエンジン回転速度であり、上から順に0V、10V、12V、14V(Vはいずれもボルト)の電圧設定領域が設定され、0Vと10Vの電圧設定領域の境界線(BL0−10)は基準排気温度(RT)である250°Cの高さで水平に引かれ、10Vと12Vの電圧設定領域の境界線(BL10−12)と12Vと14Vの電圧設定領域の境界線(BL12−14)は、いずれもエンジン回転速度が高まるにつれて上り傾斜している。このため、電圧設定マップは、排気温度が低いほど、また、エンジン回転速度が高いほど、グロープラグ(10a)に印加する電圧を高く設定する傾向を備えている。
これにより、可燃性ガス供給通路(8)やグロープラグ(10a)により排気通路(4)の排気(6)の流れが邪魔されることがなく、排圧を上昇させることがない。また、可燃性ガス(2)の燃焼火炎で排気(6)が直接に昇温され、排気(6)の昇温効率が高い。
図1(A)に示すように、排気通路(4)の下側に可燃性ガス供給通路(8)を並設し、排気通路(4)の周面下側に放熱口(13)をあけている。これにより、可燃性ガス(2)の燃焼火炎の熱気が排気通路(4)に浮上し、排気通路(4)の排気(6)の温度を高め、排気(6)の昇温効率がより高まる。
放熱口(13)は可燃性ガス供給口(3)である。
この旋回する空気(12)に可燃性ガス出口(17)から混合室(14)の径方向に供給した可燃性ガス(2)を混合させるようにしている。これにより、可燃性ガス(2)の着火と火炎燃焼が促進され、可燃性ガス(2)から高い放熱量が得られる。
空気供給装置(9)は空気供給管(16)である。
液体燃料(26)は軽油であり、可燃性ガス生成触媒(22)は酸化触媒である。
液体燃料(26)の一部を可燃性ガス生成触媒(22)で触媒燃焼させ、触媒燃焼熱で液体燃料(26)の残部を気化させて、可燃性ガス(2)とする。
図2中の符号(29)はブロワ、(30)はモータ、(34)はDPF入口側温度センサ、(37)はヒータ、(38)は液体燃料ポンプ、(39)はDOC入口側温度センサ、(40)はDPF出口側温度センサ、(41)は起動触媒、(42)は保炎板、(44)は触媒温度センサである。保炎板(42)の上端部は排気下流側に向けて上り傾斜させ、グロープラグ(10a)への排気(6)の進入を抑制しているとともに、背圧の上昇を抑制している。
(2) 可燃性ガス
(3) 可燃性ガス放出口
(4) 排気通路
(5) 燃焼触媒
(6) 排気
(7) DPF
(8) 可燃性ガス供給通路
(10) 電熱着火装置
(11) 制御装置
Claims (1)
- 可燃性ガス生成器(1)で可燃性ガス(2)を生成させ、この可燃性ガス(2)を可燃性ガス放出口(3)から排気通路(4)に放出し、この可燃性ガス(2)を燃焼触媒(5)で触媒燃焼させ、その触媒燃焼熱で排気(6)を昇温させ、燃焼触媒(5)の下流に配置したDPF(7)に溜まったPMを燃焼除去し、DPF(7)の再生処理を実施するようにした、エンジンの排気処理装置において、
燃焼触媒(5)の上流で排気通路(4)に可燃性ガス供給通路(8)を連通させ、この可燃性ガス供給通路(8)に電熱着火装置(10)を設け、この電熱着火装置(10)を制御装置(11)に連携させ、
DPF(7)の再生処理時に、排気(6)の温度が所定の基準温度未満の場合には、制御装置(11)が低温時ガス着火処理を実行し、この低温時ガス着火処理では、電熱着火装置(10)で可燃性ガス(2)に着火して、可燃性ガス(2)の火炎燃焼の熱を排気通路(4)に供給し、
燃焼触媒(5)に所定量のPMが堆積すると、制御手段(11)が燃焼触媒(5)の再生処理を実施し、この燃焼触媒(5)の再生処理では、可燃性ガス生成器(1)で可燃性ガス(2)を生成させ、電熱着火装置(10)で可燃性ガス(2)に着火して、可燃性ガス(2)の火炎燃焼の熱を排気通路(4)に供給し、燃焼触媒(5)の入口排気温度が低温時ガス着火処理の場合よりも高くなるようにして、燃焼触媒(5)に堆積したPMを焼却除去するようにし、
低温時ガス着火処理及び燃焼触媒(5)の再生処理では、排気(6)の温度が低いほど、また、エンジン回転速度が高いほど、制御装置(11)が電熱着火装置(10)に印加する電圧を高く設定するとともに、電熱着火装置(10)の周辺温度が高いほど、制御装置(11)が前記設定の電圧を大きく引き下げるようにし、
燃焼触媒(5)の上流に、排気圧センサ(43)が配置され、この排気圧センサ(43)で燃焼触媒(5)の上流の排気圧を検出することにより、制御手段(11)が、燃焼触媒(5)とDPF(7)のPM堆積総量を推定し、PM堆積総量の推定値が再生許可値に至ると、制御装置(11)により、再生が許可され、DPF(7)の再生条件が満たされている場合には、制御装置(11)により、DPF(7)の再生が実施され、燃焼触媒(5)の再生条件が満たされている場合には、制御装置(11)により、燃焼触媒(5)の再生が実施され、
前回の再生終了から再生許可値に至るまでのインターバル(44)が所定時間以上である場合には、DPF(7)の再生条件が満たされ、上記インターバル(44)が所定時間未満である場合には、燃焼触媒(5)の再生条件が満たされるように構成されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
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