JP6760890B2 - ディーゼルエンジンの排気処理装置 - Google Patents
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Description
特許文献1の発明では、排気温度が低く、DOCが活性化温度に満たない場合、電気ヒータでDOCが活性化温度まで加熱されるが、発熱源となる電気ヒータからDOCへの熱伝達が排気を介して間接的に行われるため、熱の伝達ロスが大きく、DOCの加熱に要する消費電力が大きくなるおそれがある。
図1に例示するように、排気経路(2)と、排気経路(2)内に配置されたDOC(3)を備えたディーゼルエンジンの排気処理装置において、
図2(A)(B)に例示するように、DOC(3)を誘導加熱するIHコイル(4)を備え、
DOC(3)は複数設けられ、複数のDOC(3)は排気経路(2)の排気(8)の通過方向に対して並列に配置され、各DOC(3)は外周からIHコイル(4)でそれぞれ個別に囲繞され、
各IHコイル(4)は、IHコイル(4)で誘導加熱される外筒(5)でDOC(3)と共に囲繞されている、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。
《効果》DOCの加熱に要する消費電力を小さくすることができる。
排気(8)の温度が低く、DOC(3)が活性化温度に達していない場合等に、IHコイル(4)によるDOC(3)の誘導加熱で、DOC(3)の温度を上げ、DOC(3)を活性化することができる。この場合、DOC(3)自体が発熱源となり、発熱源からDOC(3)への熱の伝達ロスがなくなり、DOC(3)の加熱に要する消費電力を小さくすることができる。
本発明と異なり、単一のDOCを用いると、DOCの径を大きくせざるを得ず、DOCを外周からIHコイルで囲繞すると、IHコイルから遠いDOCの中心部にIHコイルの誘導加熱が及び難い。これに対し、図1、図2(A)に例示するように、本発明の通り、複数のDOC(3)を並列配置し、各DOC(3)を外周からIHコイル(4)でそれぞれ個別に囲繞すれば、各DOC(3)の径を小さくでき、各DOC(3)の中心部にもIHコイル(4)の誘導加熱が及び易い。
図2(B)に例示するように、各DOC(3)の通路断面積は小さくなるが、複数のDOC(3)の並列配置で、DOC(3)の通路断面積の総量は大きくなり、DOC(3)の触媒機能に支障は生じない。
《効果》DOCの保温性が高い。
外筒(5)の加熱により、DOC(3)の放熱が妨げられ、DOC(3)の保温性が高い。
クランク軸(12)の架設方向を前後方向、フライホイール(12a)の配置された側を後側、その反対側を前側、前後方向と直交するエンジン幅方向を横方向とする。
図1に示すように、このエンジンは、シリンダヘッド(13)の横一側に組みつけられた吸気マニホルド(14)と、シリンダヘッド(13)の横他側に組み付けられた排気マニホルド(15)と、エンジン後部に配置されたフライホイール(12a)を備えている。
排気装置は、排気マニホルド(15)と、排気マニホルド(15)に設けられた過給機(16)の排気タービン(16a)と、排気タービン(16a)の排気出口(16b)から導出された排気導出通路(16c)を備えている。
吸気装置は、過給機(16)のコンプレッサ(16d)と、コンプレッサ(16d)の吸気入口(16e)の吸気上流側に設けられたエアフローセンサ(17)と、コンプレッサ(16d)の過給気出口(16f)と吸気マニホルド(14)の間に配置されたインタークーラ(18)と、インタークーラ(18)と吸気マニホルド(14)の間に配置された吸気絞り弁(19)と、排気マニホルド(15)と吸気マニホルド(14)の間に配置されたEGRクーラ(20)と、EGRクーラ(20)と吸気マニホルド(14)の間に配置されたEGR弁(21)を備えている。EGRは、排気ガス還流の略称である。
吸気絞り弁(19)とEGR弁(21)は、いずれも電動式開閉弁で、これらはエンジンECU(1)を介して電源(10)に電気的に接続されている。エアフローセンサ(17)は吸気温度センサを備え、エンジンECU(1)に電気的に接続されている。
尚、エンジンECUのECUは、電子制御ユニットの略称で、エンジンECU(1)はマイコンである。電源(10)はバッテリである。
燃料噴射装置は、各燃焼室(23)に設けられた燃料噴射弁(24)と、燃料噴射弁(24)から噴射する燃料を蓄圧するコモンレール(25)と、コモンレール(25)に燃料タンク(26)から燃料を圧送する燃料サプライポンプ(27)を備えている。
燃料噴射弁(24)は電磁式開閉弁を備え、燃料サプライポンプ(27)は、電動式調圧弁を備え、これらはエンジンECU(1)の燃料噴射制御機能部を介して電源(10)に電気的に接続されている。
調速装置は、エンジンの目標回転数を設定するアクセルレバー(28)の設定位置を検出するアクセルセンサ(29)と、エンジンの実回転数を検出する実回転数センサ(30)を備え、これらセンサ(29)(30)はエンジンECU(1)に電気的に接続されている。
始動装置は、スタータモータ(31)と、キースイッチ(22)を備え、スタータモータ(31)とキースイッチ(22)は、エンジンECU(1)を介して電源(10)に電気的に接続されている。キースイッチ(22)は、OFF位置と、ON位置と、スタート位置を備えている。
エンジンの目標回転数と実回転数の回転数偏差を小さくするように、燃料噴射弁(24)からの燃料噴射量や噴射タイミングを設定し、負荷変動によるエンジンの回転数変動を小さくする。
エンジンの回転数と負荷と吸気量と吸気温度に応じ、吸気絞り弁(19)とEGR弁(21)の開度を調節し、吸気量やEGR率を調節する。
キースイッチ(22)がスタート位置に投入されると、スタータモータ(31)を駆動し、エンジンの始動を行う。キースイッチ(22)がON位置に投入されると、電源(10)からエンジン各部への通電により、エンジン運転状態が維持され、キースイッチ(22)がOFF位置に投入されると、燃料噴射弁(24)からの燃料噴射が停止され、エンジンが停止される。
図1に示すように、排気処理装置は、DOC(3)を備えている。このため、この排気処理装置では、DOC(3)の触媒機能により、排気(8)中のNOxの浄化やDPF(7)に溜まったPMの焼却等を行うことができる。
このため、排気(8)の温度が低く、DOC(3)が活性化温度に達していない場合等に、IHコイル(4)によるDOC(3)の誘導加熱で、DOC(3)の温度を上げ、DOC(3)を活性化することができる。この場合、DOC(3)自体が発熱源となり、発熱源からDOC(3)への熱の伝達ロスがなくなり、DOC(3)の加熱に要する消費電力を小さくすることができる。
図2(B)に示すように、排気処理装置は、4本のDOC(3)を備えている。
DOC(3)の配置は、排気経路(2)の中心軸線(2a)と平行な向きに見て、その中心軸線の周りに、90°の位相差で配置されている。
DOC(3)は、排気経路(2)の中心軸線(2a)と実質的に平行に向きとされ、各DOC(3)は他のDOC(3)に沿って配置されている。
DOC(3)の本数は、2本以上であればよく、その配置も自由に設定してよい。
このため、この実施形態では、外筒(5)の加熱により、DOC(3)の放熱が妨げられ、DOC(3)の保温性が高い。
DOC(3)の円筒形の周壁と外筒(5)の各端部間に円環形のスペーサ(11)が挟まれ、DCO(3)の円筒形の周壁と外筒(5)の間に隙間(11a)が設けられている。この隙間(11a)内にIHコイル(4)が収容され、隙間(11a)の両端がスペーサ(11)で封止され、隙間(11a)への排気(8)の進入が抑制され、IHコイル(4)が排気(8)の熱から保護されている。
このため、DOC(3)の発熱面積が広く、DOC(3)の触媒機能が高い。
排気処理ケース(36)内には排気流れの上流側と下流側に一対のホルダ(9)(9)が設けられ、各ホルダ(9)は、排気処理ケース(36)の周壁(36a)に内嵌された円板で、図2(B)に示すように、4個所に支持孔(9a)が開けられ、支持孔(9a)にDOC(3)を内蔵した外筒(5)の各端部が内嵌され、外筒(5)が一対のホルダ(9)(9)を介して排気処理ケース(36)の周壁(36a)に支持されている。
図3に示すように、DOC(3)の推定温度(T)が所定の活性化温度領域(T2)に至っていない場合、その情報に基づくエンジンECU(1)の指令で、DOC活性化処理の実施(S8)がなされ、DOC活性化処理では、DOC(3)の推定温度(T)が所定の活性化温度領域(T2)まで昇温される。
DOC(3)は酸化触媒成分を担持する金属製担体を備えている。
DOC(3)の触媒担体は、内部に軸長方向に沿う多数のセルが貫通状に並設されたフロースルー式のメタルハニカムであり、セル内に白金やパラジウムやロジウム等の酸化触媒成分が担持されている。
DOC(3)の触媒担体は、鋼製のメタルハニカムである。
DOC(3)の触媒担体には、銅製やアルミニウム製等、他のメタルハニカムを用いることができる。
DPF(7)は、内部に軸長方向に沿う多数のセルが並設され、隣り合うセルの入口と出口が交互に目封じされたウォールフローハニカム型のものである。
DPF(7)は、セラミックハニカム製である。
図3に示すように、DPF(7)のPM堆積量の推定値(F)が所定のDPF再生開始の判定値(FS)に至っており、かつ、DOC(3)の推定温度(T)が所定の活性化温度領域(T2)に至っている場合、その情報の検出に基づくエンジンECU(1)の指令で、DPF再生処理の実施(S4)がなされ、DPF再生処理では、燃料供給装置(6)から排気(8)中に燃料が供給され、この燃料がDOC活性化処理で活性化されたDOC(3)で触媒燃焼されることにより、排気(8)の温度の上昇で、DPF(7)に堆積したPMが焼却される。
図3に示すように、DPF(7)のPM堆積量の推定値(F)が所定のDPF再生開始の判定値(FS)に至っているが、DOC(3)の推定温度(T)が所定の活性化温度領域(T2)に至っていない場合、その情報の検出に基づくエンジンECU(1)の指令で、DOC活性化処理の実施(S8)がなされ、DOC活性化処理では、DOC活性化処理では、IHコイル(4)によるDOC(3)の誘導加熱で、DOC(3)の推定温度(T)が所定の活性化温度領域(T2)まで昇温され、その情報の検出に基づくエンジンECU(1)の指令で、DPF再生処理の実施(S4)がなされ、DPF再生処理では、燃料供給装置(6)から排気(8)中に燃料が供給され、この燃料がDOC活性化処理で活性化されたDOC(3)で触媒燃焼されることにより、排気(8)の温度の上昇で、DPF(7)に堆積したPMが焼却される。
ポスト噴射とは、燃焼サイクル中、燃料噴射弁(24)からメイン噴射後、膨張行程または排気行程で燃焼室(23)に行われる燃料噴射である。
ポスト噴射によるDPF再生処理は、DOC(3)の推定温度(T)が所定の活性化温度領域(T2)まで昇温された後に行われるが、排気(8)の温度が低い場合、その情報に基づくエンジンECU(1)の指令で、吸気絞り弁(19)の開度を絞り、排気(8)を昇温させる。
DPF再生処理では、DPF(7)の入口排気温度が所定の再生可能温度を維持するよう、ポスト噴射量が調節される。
DPF再生処理では、ポスト噴射に代え、排気管に設けた燃料噴射弁から排気に燃料を噴射する排気管噴射を行ってもよい。
DPF再生処理は、DPF(7)の再生処理が開始された後、DPF(7)の入口排気温度が所定の再生可能温度を維持した時間が所定の再生終了判定値に至った場合に終了させてもよい。DPF(7)の入口排気温度は、DOC(4)の出口側排気温度センサ(35)で検出することができる。
なお、排気処理装置は、DPF(7)の出口側排気温度センサ(33)を備え、DPF(7)の排気側出口温度が所定の異常燃焼基準値を越えた場合、その情報に基づくエンジンECU(1)の指令で、DPF再生処理を緊急終了させる。
ステップ(S1)では、DPF(7)のPM堆積量の推定がなされ、次のステップ(S2)に進む。
ステップ(S2)では、DPF(7)の堆積量の推定値(F)がDPF再生開始の判定値(FS)を越えたか否かが判定され、判定が否定されている間は、ステップ(S1)とステップ(S2)が繰り返され、判定が肯定されると、次のステップ(S3)に進む。
ステップ(S3)では、DOC(3)の推定温度(T)が活性化判定温度(T1)以上であるか否かが判定され、判定が肯定されると、ステップ(S4)に進む。ステップ(S3)での判定が肯定された場合、DOC(3)の推定温度(T)は活性化判定温度(T1)以上の活性化温度領域(T2)にあることになる。
ステップ(S4)では、DPF再生処理の実施がなされ、次のステップ(S5)に進む。
ステップ(S6)では、DPF(7)の堆積量の推定値(F)がDPF再生終了の判定値(FF)以下となったか否か判定され、判定が否定された場合には、ステップ(S3)に戻り、判定が肯定された場合には、ステップ(S7)に進む。
ステップ(S7)では、DPF再生処理か終了される。
なお、ステップ(S3)で判定が否定された場合には、ステップ(S8)に進む。ステップ(S3)での判定が否定された場合、DOC(3)の推定温度(T)は活性化判定温度(T1)未満の活性化必要温度領域(T0)にあることになる。
ステップ(S8)では、DOC活性化処理の実施がなされ、ステップ(S3)に戻る。
Claims (2)
- 排気経路(2)と、排気経路(2)内に配置されたDOC(3)を備えたディーゼルエンジンの排気処理装置において、
DOC(3)を誘導加熱するIHコイル(4)を備え、
DOC(3)は複数設けられ、複数のDOC(3)は排気経路(2)の排気(8)の通過方向に対して並列に配置され、各DOC(3)は外周からIHコイル(4)でそれぞれ個別に囲繞され、
各IHコイル(4)は、IHコイル(4)で誘導加熱される外筒(5)でDOC(3)と共に囲繞されている、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。 - 請求項1に記載されたディーゼルエンジンの排気処理装置において、
DOC(3)はメタルハニカムで構成されている、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。
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