(57)【要約】【課題】排気路に加熱装置を設けたことに起因する圧力損失の増大を抑制する。【解決手段】浄化システム１は、エンジン１０の排気が流れる排気路３０に設けられ排気を浄化するＳＣＲ３６と、排気路３０においてＳＣＲ３６の上流側に設けられ、排気を加熱する加熱装置７０と、排気路３０において加熱装置７０を迂回している迂回路７４と、迂回路７４に設けられた弁７５と、排気の温度を検出する検出部８０と、排気の温度が温度Ｔ２よりも高い場合には、弁７５を動作させて排気を迂回路７４を経由してＳＣＲ３６へ向かわせる制御装置９０とを備える。【選択図】図１
2020076325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気が流れる排気路に設けられ前記排気を浄化する浄化部と、
前記排気路において前記浄化部の上流側に設けられ、前記排気を加熱する加熱部と、
前記排気路において前記加熱部を迂回している迂回路と、
前記迂回路に設けられた弁と、
前記排気の温度を検出する検出部と、
前記排気の温度が所定の閾値よりも高い場合には、前記弁を動作させて前記排気を前記迂回路を経由して前記浄化部へ向かわせる制御部と、
を備える、浄化システム。
【請求項２】
前記浄化部は、前記排気中のＮＯｘを還元反応させる触媒を有し、
前記閾値は、前記触媒による還元反応が所定量以上行われる温度である、
請求項１に記載の浄化システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記排気の温度が前記閾値よりも高く、かつ前記エンジンに供給される吸気の量が所定値よりも多い場合には、前記弁を動作させて前記排気を前記迂回路を経由して前記浄化部へ向かわせる、
請求項１又は２に記載の浄化システム。
【請求項４】
前記加熱部に電力を供給する発電装置を更に備え、
前記加熱部は、前記電力の供給を受けて前記排気を加熱し、
前記制御部は、前記排気の温度が前記閾値よりも高い場合には、前記発電装置から前記加熱部への電力供給を停止させる、
請求項１から３のいずれか１項に記載の浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気を浄化する浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
トラック等の車両の排気路には、排気を浄化する浄化装置が搭載されている。浄化装置は、例えば排気中のＮＯｘを還元反応させる触媒を有するが、ＮＯｘを適切に浄化するためには排気の温度が高い方が望ましい。そこで、排気路において浄化装置の上流側に、排気を加熱する加熱装置を設ける方式が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５２３９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、加熱装置は排気路に設けられているため、加熱装置が排気の流れの抵抗となる。そして、加熱装置が流れの抵抗となる場合には、排気の圧力損失が増大してしまい、エンジンの性能が悪化する恐れがある。
【０００５】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、排気路に加熱装置を設けたことに起因する圧力損失の増大を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の態様においては、エンジンの排気が流れる排気路に設けられ前記排気を浄化する浄化部と、前記排気路において前記浄化部の上流側に設けられ、前記排気を加熱する加熱部と、前記排気路において前記加熱部を迂回している迂回路と、前記迂回路に設けられた弁と、前記排気の温度を検出する検出部と、前記排気の温度が所定の閾値よりも高い場合には、前記弁を動作させて前記排気を前記迂回路を経由して前記浄化部へ向かわせる制御部と、を備える、浄化システムを提供する。
【０００７】
また、前記浄化部は、前記排気中のＮＯｘを還元反応させる触媒を有し、前記閾値は、前記触媒による還元反応が所定量以上行われる温度であることとしてもよい。
【０００８】
また、前記制御部は、前記排気の温度が前記閾値よりも高く、かつ前記エンジンに供給される吸気の量が所定値よりも多い場合には、前記弁を動作させて前記排気を前記迂回路を経由して前記浄化部へ向かわせることとしてもよい。
【０００９】
また、前記浄化システムは、前記加熱部に電力を供給する発電装置を更に備え、前記加熱部は、前記電力の供給を受けて前記排気を加熱し、前記制御部は、前記排気の温度が前記閾値よりも高い場合には、前記発電装置から前記加熱部への電力供給を停止させることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、排気路に加熱装置を設けたことに起因する圧力損失の増大を抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一の実施形態に係る浄化システム１の構成を説明するための模式図である。
【図２】浄化システム１の動作例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜浄化システムの構成＞
本発明の一の実施形態に係る浄化システムの構成について、図１を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、一の実施形態に係る浄化システム１の構成を説明するための模式図である。浄化システム１は、エンジンの排気を浄化するためのシステムであり、ここではトラック等の車両に搭載されている。浄化システム１は、図１に示すように、エンジン１０と、発電装置１４と、吸気路２０と、排気路３０と、ターボチャージャー４０と、電動過給機５０と、加熱装置７０と、迂回路７４と、検出部８０と、制御装置９０とを有する。
【００１４】
エンジン１０は、気筒（燃焼室）内に噴射された燃料と吸気の混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる。エンジン１０は、例えばディーゼルエンジンであるが、これに限定されず、例えばガソリンエンジンであってもよい。エンジン１０においては、吸気が気筒内に吸入されると共に、燃焼後の排気が気筒から排出される。
【００１５】
発電装置１４は、ここではエンジン１０と連結されたベルト１４ａを介して発電を行い、バッテリー１６に電力を供給する。発電装置１４は、ブレーキ回生（例えば、車両が下り坂を走行する際のブレーキ回生）時に、発電を行い、負荷となる電動過給機５０や加熱装置７０に電力を供給してもよい。なお、ブレーキ回生時には、エンジン１０内に燃料が噴射されない。
【００１６】
吸気路２０は、吸気がエンジン１０へ流れる通路である。吸気路２０には、エアクリーナー２２と、ＣＡＣ（Charge Air Cooler）２４と、バルブ２６と、ＣＡＣ２８が設けられている。なお、ターボチャージャー４０のコンプレッサ４４及び電動過給機５０も、吸気路２０に設けられている。
【００１７】
エアクリーナー２２は、吸気中の異物を除去する。ＣＡＣ２４は、コンプレッサ４４で圧縮されて温度が上昇した吸気を冷却する。バルブ２６は、電動過給機５０を迂回する迂回路２６ａに設けられた開閉弁であり、開いた際に吸気が迂回路２６ａを流れる。ＣＡＣ２８は、電動過給機５０よりもエンジン１０側に設けられ、例えば電動過給機５０で圧縮された吸気を冷却する。
【００１８】
排気路３０は、エンジン１０の排気が流れる通路である。排気路３０には、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）３２と、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）３３と、噴射部３５と、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）３６と、還流路３８が設けられている。ターボチャージャー４０のタービン４２、加熱装置７０及び迂回路７４も、排気路３０に設けられている。なお、本実施形態では、ＳＣＲ３６が排気を浄化する浄化部に該当する。
【００１９】
ＤＯＣ３２は、ディーゼル用酸化触媒であり、タービン４２を通過した排気の炭化水素を効率的に酸化して排気の温度を上昇させる。ＤＰＦ３３は、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルターである。
噴射部３５は、アンモニアとなる尿素水を排気路３０に噴射する。ＳＣＲ３６は、排気中のＮＯｘを還元反応させる触媒を有し、ＮＯｘとアンモニアとを反応させて無害な窒素と水に還元させる。ＳＣＲ３６による排気の浄化率は、排気の温度が高いほど大きくなる。
還流路３８は、エンジン１０から排出された排気の一部を吸気路２０に還流させる通路である。還流路３８には、排気を冷却する冷却部３８ａと、排気の還流量を調整するためのバルブ３８ｂとが設けられている。
【００２０】
ターボチャージャー４０は、排気の流れを利用して吸気の密度を高くする過給機である。ターボチャージャー４０は、排気路３０に設けられたタービン４２と、吸気路２０に設けられたコンプレッサ４４とを有する。タービン４２は、排気のエネルギーを受けて回転する。コンプレッサ４４は、タービン４２に連結軸を介して連結されている。コンプレッサ４４がタービン４２と共に回転することで、吸気が圧縮される。
【００２１】
電動過給機５０は、エンジン１０へ流れる吸気を圧縮する電動式の過給機であり、ターボチャージャー４０とは別に設けられている。電動過給機５０は、吸気路２０においてエンジン１０の上流に設けられている。電動過給機５０は、バッテリー１６や発電装置１４から電力を受けて回転するモータ５１を有する。すなわち、電動過給機５０は、排気を利用せずに、吸気を圧縮してエンジン１０へ供給する。
【００２２】
加熱装置７０は、排気を加熱する加熱部であり、排気路３０においてＳＣＲ３６の上流側に設けられている。ここでは、加熱装置７０は、噴射部３５とＳＣＲ３６の間に設けられている。加熱装置７０は、例えば電気ヒータであり、バッテリー１６や発電装置１４から電力を受けて排気を加熱する。これにより、加熱装置７０によって加熱されて温度が上昇した排気が、ＳＣＲ３６を通過することになる。なお、加熱装置７０の上流側に位置する噴射部３５から噴射された尿素水は、加熱装置７０によって加熱されることで、アンモニアになりやすくなる。この結果、ＳＣＲ３６におけるアンモニアと排気のＮＯｘとの還元反応が促進される。
【００２３】
迂回路７４は、排気路３０において加熱装置７０を迂回している通路である。迂回路７４は、排気路３０において噴射部３５と加熱装置７０の間の地点から分岐し、加熱装置７０と検出部８０の間の地点で合流している。排気は、迂回路７４を流れる際には、加熱装置７０を通過せずにＳＣＲ３６へ流れる。
【００２４】
迂回路７４には、弁７５が設けられている。弁７５は、一例としてバタフライバルブであり、開度を調整することで排気の流量を調整する。弁７５が閉じている際には、排気は、迂回路７４へ向かわずに加熱装置７０を通過する際に加熱される。弁７５が開いている際には、排気は、加熱装置７０へ向かわずに迂回路７４を経由してＳＣＲ３６へ流れる。
【００２５】
検出部８０は、排気の温度を検出する。検出部８０は、ここではＳＣＲ３６の入口での排気の温度を検出する温度センサを含む。なお、これに限定されず、検出部８０は、例えば加熱装置７０に取り付けた熱電対によって加熱装置７０の温度を検出することで、排気の温度を推定してもよい。また、検出部８０は、吸気の量を検出する測定センサを含んでもよい。検出部８０の検出結果は、制御装置９０に出力される。
【００２６】
制御装置９０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置（Electric Control Unit）である。制御装置９０は、前述した各装置の動作を制御する。
【００２７】
本実施形態では、制御装置９０は、排気路３０を流れる排気の温度に基づいて、電動過給機５０、加熱装置７０、及び弁７５の動作を制御する。すなわち、制御装置９０は、検出部８０が検出した排気の温度に基づいて、電動過給機５０、加熱装置７０、及び弁７５の動作を制御する。
【００２８】
例えば、制御装置９０は、排気の温度が所定の温度Ｔ１よりも低い場合には、ＳＣＲ３６の上流側に位置する加熱装置７０によって排気を加熱させる。ここで、温度Ｔ１は、例えばＳＣＲ３６によって排気のＮＯｘの浄化が開始される温度に設定されており、加熱装置７０は、排気の温度が温度Ｔ１を超えるように加熱制御を行う。これにより、例えばエンジン１０の低回転・低負荷時のように排気の温度が低くなる場合には、早期に排気の温度を上昇させることができる。また、温度Ｔ１よりも温度が高い排気がＳＣＲ３６を通過することで、ＳＣＲ３６によるＮＯｘの浄化が適切に行われる。
【００２９】
一方で、制御装置９０は、排気の温度が所定の閾値である温度Ｔ２（温度Ｔ２は、温度Ｔ１よりも高い）よりも高い場合には、弁７５を動作させて排気を迂回路７４を経由してＳＣＲ３６へ向かわせる。ここで、温度Ｔ２は、ＳＣＲ３６が十分に活性化して還元反応が所定量以上行われる（要求される浄化率を満たす）温度であり、排気の温度が温度Ｔ２を超える場合には、排気を更に加熱する必要がない。一方で、加熱装置７０は、排気路３０において排気の流れの抵抗となるため、排気を加熱装置７０へ向かわせ続けると、排気の圧力損失を引き起こす。そこで、排気の温度が温度Ｔ２よりも高い場合には排気を迂回路７４に迂回させることで、加熱装置７０による流れの抵抗が発生し難くなり、排気の圧力損失を抑制できる。
【００３０】
車両においては、エンジン１０の高負荷・高回転時（例えば、車両が登り坂を走行する際）に、排気の圧力損失が発生しやすい。そこで、制御装置９０は、排気の温度が温度Ｔ２よりも大きく、かつエンジン１０に供給される吸気の量が所定値よりも多い場合には、エンジン１０の高負荷・高回転時であると推定し、排気を迂回路７４を経由してＳＣＲ３６へ向かわせる。これにより、エンジン１０の高負荷・高回転時には排気を迂回路７４に強制的に迂回させることで、加熱装置７０に起因する排気の圧力損失を効果的に抑制できる。
【００３１】
制御装置９０は、排気の温度が温度Ｔ２よりも高い場合には、発電装置１４から加熱装置７０への電力供給を停止させてもよい。排気の温度が温度Ｔ２よりも高い場合には、排気が迂回路７４を流れるため、加熱装置７０を動作させる必要がないためである。ただし、これに限定されず、例えばブレーキ回生の際には、発電装置１４が発電した電力（回生電力）を消費させるために加熱装置７０に供給してもよい。これにより、回生ブレーキと上述した制御を両立することが可能となる。
【００３２】
＜浄化システムの動作例＞
上述した浄化システム１の動作例について、図２を参照しながら説明する。
【００３３】
図２は、浄化システム１の動作例を説明するためのフローチャートである。図２に示す処理は、制御装置９０のＣＰＵがプログラムを実行することで実現される。
【００３４】
図２の処理は、弁７５が閉じた状態で車両が走行しているところから開始される（ステップＳ１０２）。この際、エンジン１０の排気は、加熱装置７０を通過してＳＣＲ３６へ流れる。
【００３５】
まず、制御装置９０は、排気路３０の排気の温度を検出する（ステップＳ１０４）。ここでは、制御装置９０は、ＳＣＲ３６の上流に設けられた検出部８０によって、排気の温度を検出する。
【００３６】
次に、制御装置９０は、検出部８０が検出した排気の温度が温度Ｔ１より低いか否かを判定する（ステップＳ１０６）。例えば、エンジン１０の低負荷・低回転時には排気の温度が、ＳＣＲ３６が排気を適切に浄化する温度Ｔ１より低くなることが想定される。
【００３７】
そして、ステップＳ１０６で排気の温度が温度Ｔ１よりも低い場合には（Ｙｅｓ）、制御装置９０は、加熱装置７０に電力を供給する（ステップＳ１０８）。例えば、制御装置９０は、バッテリー１６に蓄えられた電力や発電装置１４が発電した電力を、加熱装置７０に供給する。これにより、加熱装置７０は、電力を受けて排気路３０の排気を加熱する。この結果、排気の温度が温度Ｔ１よりも大きくなり、ＳＣＲ３６による排気の浄化が促進される。
【００３８】
一方で、ステップＳ１０６で排気の温度が温度Ｔ１よりも高い場合には（Ｎｏ）、制御装置９０は、排気の温度が温度Ｔ２（閾値）よりも高いか否かを判定する（ステップＳ１１０）。例えば、エンジン１０の高負荷・高回転時には排気の温度が、ＳＣＲ３６が十分に活性化された温度Ｔ２より高くなることが想定される。なお、ステップＳ１０８で加熱装置７０で排気を加熱した場合には、制御装置９０は、排気が過剰に加熱されて温度Ｔ２に達したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。
【００３９】
そして、ステップＳ１１０で排気の温度が温度Ｔ２よりも大きい場合には（Ｙｅｓ）、制御装置９０は、弁７５を動作させて排気を迂回路７４を経由してＳＣＲ３６へ向かわせる（ステップＳ１１２）。すなわち、制御装置９０は、それまで閉じていた弁７５を開けて、排気を迂回路７４に向かわせる。排気の温度が、ＳＣＲ３６が十分に活性化する温度Ｔ２まで達している場合には、排気の更なる加熱が不要であり、排気が加熱装置７０を通過することに起因する排気の圧力損失を抑制するため、制御装置９０は排気を強制的に迂回路７４に迂回させる。
【００４０】
＜本実施形態における効果＞
上述した浄化システム１は、排気路３０においてＳＣＲ３６の上流側に設けられ排気を加熱する加熱装置７０と、加熱装置７０を迂回する迂回路７４と、迂回路７４に設けられた弁７５とを有する。そして、浄化システム１は、排気の温度が温度Ｔ２よりも高い場合には、弁７５を動作させて排気を迂回路７４を経由してＳＣＲ３６へ向かわせる。
これにより、例えばエンジン１０の低負荷・低回転時には、排気の温度が低いので、加熱装置７０で排気を加熱することで、ＳＣＲ３６において排気が適切に浄化される。一方で、エンジン１０の高負荷・高回転時には、排気の温度が十分に高くなる（閾値である温度Ｔ２よりも高い）ので、加熱装置７０による排気の加熱は不要であり、加熱装置７０が排気の流れの抵抗となるので、弁７５を開けて排気を迂回路７４へ迂回させる。これにより、加熱装置７０に起因する排気の圧力損失を抑制できる。
【００４１】
なお、上記では、浄化システム１は、車両のエンジンの排気を浄化することとしたが、これに限定されない。例えば、浄化システム１は、発電装置等に搭載された定置式エンジンの排気を浄化し、又は建設機械や船舶等の産業装置に搭載されたエンジンの排気を浄化してもよい。
【００４２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。
【符号の説明】
【００４３】
１    浄化システム
１０    エンジン
１４    発電装置
３０    排気路
３６    ＳＣＲ
７０    加熱装置
７４    迂回路
７５    弁
８０    検出部
９０    制御装置
【図１】
2020076325.tif 000003
【図２】
2020076325.tif 000004