(57)【要約】【課題】従来とは異なる方式でエンジンの腐食を抑制できるエンジンシステムを提供することを課題とする。【解決手段】本実施例のエンジンシステムは、エンジンの排気ガスが通過する排気通路に接続された取出口を含み、排気ガスを前記エンジンの吸気側に戻すＥＧＲ通路と、前記取出口よりも上流側で前記排気通路に設けられ排気ガスに尿素を添加する尿素添加弁と、前記取出口よりも下流側で前記排気通路に設けられ、尿素が加水分解されて生成されるアンモニアを還元剤として排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気ガスが通過する排気通路に接続された取出口を含み、排気ガスを前記エンジンの吸気側に戻すＥＧＲ通路と、
前記取出口よりも上流側で前記排気通路に設けられ排気ガスに尿素を添加する尿素添加弁と、
前記取出口よりも下流側で前記排気通路に設けられ、尿素が加水分解されて生成されるアンモニアを還元剤として排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒と、を備えたエンジンシステム。
【請求項２】
前記ＥＧＲ通路で凝縮水が発生し得る条件が成立した場合に前記尿素添加弁から尿素を添加させる制御部を備えた請求項１のエンジンシステム。
【請求項３】
前記尿素添加弁と前記取出口との間の前記排気通路に配置されたヒータを備えた、請求項１又は２のエンジンシステム。
【請求項４】
前記制御部は、前記ＥＧＲ通路の少なくとも一方で発生し得る凝縮水の量に関する情報に基づいて、前記尿素添加弁からの尿素の添加量を制御する、請求項２のエンジンシステム。
【請求項５】
前記取出口よりも下流側で前記排気通路に配置され、前記排気通路を通過する排気ガスの流量を減少させ前記ＥＧＲ通路を通過する排気ガスの流量を増大可能な排気絞り弁を備えた、請求項１乃至４の何れかのエンジンシステム。
【請求項６】
前記ＥＧＲ通路は、第１及び第２ＥＧＲ通路を含み、
前記取出口は、第１及び第２取出口を含み、
前記第１ＥＧＲ通路は、前記ＳＣＲ触媒の上流側で前記排気通路に接続された前記第１取出口を含み、
前記第２ＥＧＲ通路は、前記ＳＣＲ触媒の下流側で前記排気通路に接続された前記第２取出口を含む、請求項１乃至５の何れかのエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＧＲ通路で発生した凝縮水がエンジンに流れ込むと、エンジンが腐食するおそれがある。特許文献１には、ＥＧＲ通路に水分を吸収するフィルタを設置することにより、凝縮水がエンジンに流れることを防止した技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０３８０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＧＲ通路にこのようなフィルタを設けると、ＥＧＲ通路を介して吸気側に流れる排気ガスの圧力損失が大きくなるおそれがある。
【０００５】
そこで本発明は、従来とは異なる方式でエンジンの腐食を抑制できるエンジンシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、エンジンの排気ガスが通過する排気通路に接続された取出口を含み、排気ガスを前記エンジンの吸気側に戻すＥＧＲ通路と、前記取出口よりも上流側で前記排気通路に設けられ排気ガスに尿素を添加する尿素添加弁と、前記取出口よりも下流側で前記排気通路に設けられ、尿素が加水分解されて生成されるアンモニアを還元剤として排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒と、を備えたエンジンシステムによって達成できる。
【０００７】
排気ガスに添加された尿素の一部は、加水分解されアンモニアが生成される。このアンモニアがＥＧＲ通路に案内されることにより、ＥＧＲ通路内で発生した凝縮水の液性を中和することができる。これにより、中和された凝縮水がエンジンに浸入した場合であっても、エンジンの腐食を抑制できる。
【発明の効果】
【０００８】
従来とは異なる方式でエンジンの腐食を抑制できるエンジンシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施例のエンジンシステムの構成図である。
【図２】図２は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。
【図３】図３は、凝縮水の発生量、貯留量、尿素の添加の開始時期を示したタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、実施例に係るエンジンシステム１０の説明図である。ディーゼルエンジン（以下、エンジンと称する）１１は、吸気マニホールド１２、排気マニホールド１３を備えている。吸気マニホールド１２は、吸気通路１４を介してターボチャージャ１５のコンプレッサ１６の出口に連結されている。吸気通路１４にはエンジン１１への吸気量を調整する吸気スロットル弁Ｖが配置されている。排気マニホールド１３は、排気通路１７を介してターボチャージャ１５の排気タービン１８の入口に接続されている。排気タービン１８の出口は、排気通路１９に接続されている。エンジン１１からの排気ガスは、排気タービン１８を通って排気通路１９に排出される。
【００１１】
吸気通路１４と排気通路１７との間に、ＥＧＲ通路１４ａが接続されている。具体的には、ＥＧＲ通路１４ａの取出口１４ａ１は、排気通路１７に接続され、排出口１４ａ２は吸気通路１４に接続されている。排出口１４ａ２は、吸気弁Ｖよりも下流側で吸気通路１４に接続されている。ＥＧＲ通路１４ａには、ＥＧＲクーラＣ、ＥＧＲ弁Ｖａが設けられている。ＥＧＲクーラＣは、ＥＧＲ通路１４ａを通過する排気ガスを冷却する。
【００１２】
排気通路１９には、上流側から下流側の順に、ＤＯＣ（酸化触媒）２０、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）２１、ＳＣＲ触媒（選択還元触媒）２２、が設けられている。ＤＯＣ２０は、排気ガス中に含まれるＨＣ、ＮＯを酸化させる。ＤＰＦ２１は、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する。
【００１３】
ＳＣＲ触媒２２は、アンモニアを還元剤として排気ガス中のＮＯｘを還元する。ＳＣＲ触媒２２としては、例えば、低温で高いＮＯｘ浄化率を有するアンモニア吸着タイプのＦｅゼオライトを用いている。
【００１４】
ＤＰＦ２１とＳＣＲ触媒２２との間の排気通路１９内には、尿素添加弁２５が配置されている。尿素添加弁２５は、供給管、ポンプを介してタンクに連結されている。タンク内には尿素水が貯蔵されている。尿素水はポンプによって汲み上げられ、尿素添加弁２５から排気通路１９内を流れる排気ガス中に噴射される。尿素の加水分解されて生成したアンモニアによって、ＳＣＲ触媒２２で排気ガス中のＮＯｘが選択還元される。
【００１５】
尿素添加弁２５とＳＣＲ触媒２２との間にはヒータＨが設けられている。ヒータＨは、詳細にはＥＨＣ（Electrically Heated Catalyst）である。ヒータＨは、尿素添加弁２５から排気ガスに添加された尿素を加熱して加水分解させてアンモニアを生成することが可能である。
【００１６】
ヒータＨとＳＣＲ触媒２２との間には排気絞り弁２６が配置されている。ＳＣＲ触媒２２の下流側には排気絞り弁２７が配置されている。
【００１７】
排気通路１９とＥＧＲ通路１４ａとの間にはＥＧＲ通路６０、７０が接続されている。ＥＧＲ通路６０、７０は、排気通路１９内の排気ガスをＥＧＲ通路１４ａに戻すためのものである。ＥＧＲ通路６０、７０は、それぞれ第１、第２ＥＧＲ通路の一例である。
【００１８】
ＥＧＲ通路６０の取出口６１は、ヒータＨよりも下流側であり排気絞り弁２６よりも上流側で排気通路１９に接続されている。取出口６１は、第１取出口の一例である。ＥＧＲ通路６０は、排気通路１９側から吸気通路１４、ＥＧＲ通路１４ａ側にかけて途中で分岐した分岐通路６２ａ、６２ｂを含む。分岐通路６２ａの吐出口６３は、ＥＧＲ通路１４ａのＥＧＲクーラＣよりも下流側の部分に接続されている。分岐通路６２ｂの吐出口６５は、吸気通路１４の吸気スロットル弁Ｖよりも上流側に接続されている。吸気通路１４の負圧を利用することにより、ＥＧＲ通路６０を介して吸気通路１４、ＥＧＲ通路１４ａ側に排気ガスが戻される。尚、ＥＧＲ通路６０の上流側にはＥＧＲ弁６７が配置されている。
【００１９】
ＥＧＲ通路７０の取出口７１は、ＳＣＲ触媒２２と排気絞り弁２７との間で排気通路１９に接続されている。取出口７１は、第２取出口の一例である。ＥＧＲ通路７０は、排気通路１９から吸気通路１４、ＥＧＲ通路１４ａ側にかけて途中で分岐した分岐通路７２ａ、７２ｂを含む。分岐通路７２ａの吐出口７３は、ＥＧＲ通路１４ａのＥＧＲクーラＣよりも下流側で接続されている。分岐通路７２ｂの吐出口７５は、吸気通路１４の吸気スロットル弁Ｖよりも上流側に接続されている。吸気通路１４の負圧を利用することにより、ＥＧＲ通路７０を介して吸気通路１４、ＥＧＲ通路１４ａ側に排気ガスが戻される。尚、ＥＧＲ通路７０の上流側にはＥＧＲ弁７７が配置されている。ＥＧＲ弁６７、７７は、それぞれ取出口６１、７１に近い位置に設けられているがこれに限定されない。
【００２０】
ＥＣＵ３０は、エンジンシステム１０の全体制御を行う。ＥＣＵ３０は、図示せぬＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成されるコンピュータである。ＥＣＵ３０は尿素添加弁２５、ヒータＨ、吸気スロットル弁Ｖ、ＥＧＲ弁Ｖａ、排気絞り弁２６、２７、ＥＧＲ弁６７、７７、などと電気的に接続されている。ＥＣＵ３０は、尿素添加弁２５から排気通路１９内に噴射される尿素の噴射量を制御する。ＥＣＵ３０は制御部の一例である。
【００２１】
ＥＣＵ３０は、所定条件が成立した場合に、尿素添加弁２５により尿素を排気通路１９内の排気ガスに添加する。排気ガスに添加された尿素は、排気ガスの熱量又はヒータＨの熱量などによって加水分解される。これによりアンモニアが生成される。具体的には、以下のように反応が行われる。
【００２２】
ＮＨ２ＣＯＮＨ２→ＮＨ３＋ＨＮＣＯ
ＨＮＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ３＋ＣＯ２
【００２３】
生成されたアンモニアを還元剤としてＳＣＲ触媒２２では排気ガス中のＮＯｘが還元される。尿素やアンモニアは、排気ガスの一部とともに、ＥＧＲ通路６０、７０を介してＥＧＲ通路１４ａ内に流れる。これにより、例えば、ＥＧＲクーラＣ内又はＥＧＲ通路１４ａ内で発生した凝縮水にアンモニアが混ざり合う。これにより、酸性の凝縮水がアンモニアにより中和される。これにより、酸性度合いの強い凝縮水がエンジン１１内に流れてエンジン１１が腐食することが抑制される。
【００２４】
次に、ＥＣＵ３０が実行する制御の一例を説明する。図２は、ＥＣＵ３０が実行する制御の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ３０は、ＥＧＲクーラＣ、ＥＧＲ通路１４ａ内での凝縮水発生量を推定する（ステップＳ１）。凝縮水発生量は、例えば以下のようにして推定する。
【００２５】
凝縮水量＝排気ガス中の水の割合−排気ガス湿度１００％中の水の割合・・・（１）
排気ガス中の水の割合＝（（蒸気を含む液体／空気）の割合）／１００×排気ガスの密度・・・（２）
【００２６】
上記（１）式において、「排気ガス湿度１００％中の水の割合」とは、排気ガスがＥＧＲクーラＣなどを通過して温度が低下した場合での、飽和水蒸気量を意味する。即ち、排気ガスの飽和水蒸気量である。排気ガスの飽和水蒸気量は、ＥＧＲクーラやＥＧＲ通路１４ａ内での排気ガスの温度や圧力に依存する。このため、ＥＧＲ通路１４ａ内での排気ガスの温度は、ＥＧＲ通路１４ａ内の壁面温度とＥＧＲ通路１４ａ内の排気ガスとの接触面積とに基づいて推定する。ＥＧＲ通路１４ａ内の壁面温度は、例えばＥＧＲ通路１４ａに設置された温度センサ等の出力値に基づいて算出される。
【００２７】
また、式（２）での「蒸気を含む液体」とは、排気ガス中に含まれる蒸気を含む液体を意味し、これは燃料噴射量と略比例するので燃料噴射量に基づいて算出できる。燃料噴射量は、運転状態に応じたマップにより規定されており、ＥＣＵ３０のＲＯＭ等に予め記録されている。また、「空気」は、吸入空気量を意味するのでエアフロメータの出力値に基づいて算出できる。また、排気ガスの密度は、例えば排気通路１９内に配置された排気ガスの温度、圧力に基づいて算出される。尚、凝縮水発生量の推定方法は、上記の方法に限定されず、例えば、ＥＧＲクーラＣ内の壁温やＥＧＲクーラＣ内の排気ガスの温度、ＥＧＲガス量、排気成分、外気温、湿度等の少なくとも一つに基づいて凝縮水の発生量を推定する。
【００２８】
次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１で推定した凝縮水発生量を累積して、ＥＧＲクーラＣやＥＧＲ通路１４ａ内に貯留した凝縮水の貯留量が所定値αを超えているか否かを判定する（ステップＳ２）。否定判定の場合には、ＥＣＵ３０は、再度ステップＳ１の処理を実行する。
【００２９】
肯定判定の場合には、ＥＣＵ３０は、尿素添加弁２５から尿素を排気ガスに向けて噴射して、ヒータＨを駆動し、排気絞り弁２６、２７の開度を小さくし、吸気スロットル弁Ｖの開度を小さくし、ＥＧＲ弁６７、７７の開度を大きく制御する（ステップＳ３）。即ち、ＥＣＵ３０は、凝縮水中和処理を実行する。図３は、凝縮水の発生量、貯留量、尿素の添加の開始時期を示したタイミングチャートである。縦軸は、凝縮水の量を示し、横軸は時間を示している。凝縮水の貯留量が所定値αを超えた場合に、ＥＣＵ３０からの尿素の噴射が実行される。
【００３０】
ヒータＨが通電されることにより、排気ガス中に添加された尿素の加水分解が促進されてアンモニアが生成される。また、排気絞り弁２６、２７を絞り、ＥＧＲ弁６７、７７を開くことにより、排気通路１９を通過する排気ガスの量を減少させ、ＥＧＲ通路６０、７０を通過する排気ガスの量を増大させる。これにより、アンモニアを含む排気ガスの一部がＥＧＲ通路６０、７０を介して吸気通路１４及びＥＧＲ通路１４ａ側へ流れる。これにより、エンジン１１内に導入される凝縮水にアンモニアが混ざり、凝縮水の液性が中和される。中和された凝縮水がエンジン１１内に導入されることにより、中和されていない凝縮水がエンジン１１内に導入される場合と比較して、エンジン１１の腐食を抑制できる。
【００３１】
例えば、エンジン１１に凝縮水の流入を防止するためにＥＧＲ通路１４ａ等にフィルタを設けた場合、圧力損失によりエンジン１１に流入する排気ガスの流量に影響を与えるおそれがある。本実施例は、エンジン１１に凝縮水が流入することを防止するものではなく、エンジン１１に凝縮水に流入したとしてもエンジン１１が腐食しないように凝縮水の液性を中和するものである。従って、フィルタを設けなくてもエンジン１１の腐食を抑制できる。
【００３２】
また、尿素添加弁２５は、還元剤としてのアンモニアをＳＣＲ触媒２２に供給するものである。従って、ＳＣＲ触媒２２によりＮＯｘを選択的に還元することができ、外気に放出される排気ガスを浄化することができる。従って、尿素添加弁２５とＳＣＲ触媒２２とにより、凝縮水によるエンジン１１の腐食を抑制するとともに排気ガスの浄化もできる。
【００３３】
また、ＳＣＲ触媒２２でアンモニアスリップが発生した場合であっても、ＳＣＲ触媒２２を通過したアンモニアがＥＧＲ通路７０により吸気側に戻されて凝縮水の中和に利用することができる。これにより、アンモニアを有効利用できる。
【００３４】
尚、凝縮水中和制御では、算出された凝縮水の貯留量が多いほど、排気ガスに添加する尿素の量を多くしてもよい。また、貯留量の増加量が大きいほど尿素添加量を大きくなるように制御してもよい。また、凝縮水の貯留量が所定値α以下であっても、貯留量に応じた量の尿素を排気ガスに添加してもよい。
【００３５】
尚、排気ガスの温度が高温の場合、ヒータＨを通電しなくても尿素の加水分解が促進される場合がある。このような場合には、ヒータＨを通電しなくてもよい。また、ヒータＨの代わりに排気通路１９にバーナを設けて尿素の加水分解を促進してもよい。
【００３６】
このように、本実施例のエンジンシステム１０は、発生した凝縮水がエンジン１１へ導入されることを防止してエンジン１１の腐食を防止するものではなく、凝縮水の液性を中和させることによりエンジン１１の腐食を防止するものである。このため、凝縮水がエンジン１１に導入されることを防止するための部品等を設けるために必要となるコストを低減できる。
【００３７】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００３８】
上記実施例においては、ＥＧＲクーラＣ及びＥＧＲ通路１４ａ内で発生する凝縮水の貯留量に基づいて凝縮水中和処理を実行させる場合を例に説明した。しかしながら、ＥＧＲクーラＣ及びＥＧＲ通路１４ａ内のみならず、ＥＧＲクーラＣ、ＥＧＲ通路１４ａ、ＥＧＲ通路６０、７０内の少なくとも一つで発生する凝縮水の貯留量の合計量に基づいて凝縮水中和処理を実行してもよい。
【００３９】
ＥＧＲ通路６０、７０の何れか一方のみが設けられていてもよい。また、ＥＧＲ通路１４ａが設けられておらず、ＥＧＲ通路６０、７０の少なくとも一方が設けられていてもよい。例えば、ＥＧＲ通路１４ａが設けられておらずにＥＧＲ通路６０のみが設けられている場合、ＥＧＲ通路６０を通過する排気ガスがＥＧＲ通路６０内で冷却されてＥＧＲ通路６０内で凝縮水が発生する可能性もあるからである。この場合も、尿素添加弁２５により添加された尿素中のアンモニアがＥＧＲ通路６０内で凝縮水の液性を中和することができる。
【００４０】
また、ＥＣＵ３０は、ＥＧＲ通路１４ａやＥＧＲクーラＣ内で凝縮水が発生し得る状況になった場合に尿素の添加を実行してもよい。凝縮水が発生しうる場合とは、ＥＧＲ通路１４ａやＥＧＲクーラＣを通過する排気ガスが冷却されて、露点温度に至った場合などである。ＥＧＲ通路１４ａやＥＧＲクーラＣを通過する排気ガスの温度は、例えばＥＧＲ通路に設けられた温度センサにより排気ガスの温度を直接検出してもよい。また、ＥＧＲ通路１４ａの壁面温度とＥＧＲ通路１４ａの壁面の面積等に基づいて、排気ガスの温度を推定してもよい。また、動羽陽の方法により、ＥＧＲ通路６０内で凝縮水が発生し得る状況の場合に尿素の添加を実行してもよい。これにより早期に凝縮水を中和することができる。
【００４１】
また、凝縮水の貯留量は、センサによって検出してもよい。例えば、ＥＧＲクーラＣ内の凝縮水が貯留しやすい部位に水位を検出可能なセンサを設けて、このセンサの出力値に基づいて凝縮水中和処理を実行してもよい。
【００４２】
尚、ＥＧＲ通路６０、７０は、ＥＧＲ通路１４ａのＥＧＲクーラＣよりも上流側に排気ガスの一部を戻す構成であってもよい。例えば、ＥＧＲクーラＣ内で凝縮水が貯留しやすい場合には、ＥＧＲクーラＣよりも上流側のＥＧＲ通路１４ａ内にアンモニアを供給して凝縮水の中和を促進できる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  エンジンシステム
１１  エンジン
６０、７０  ＥＧＲ通路（第１、第２ＥＧＲ通路）
６１、７１  取出口（取出口、第１、第２取出口）
２２  ＳＣＲ触媒
２６、２７  排気絞り弁
Ｃ  ＥＧＲクーラ
Ｈ  ヒータ
【図１】
2014012994.tif 000003
【図２】
2014012994.tif 000004
【図３】
2014012994.tif 000005