(57)【要約】【課題】排ガス体積が急増しても、後処理装置における浄化性能の低下抑制可能な排気系を提供すること。【解決手段】本開示の一局面は、車両の内燃機関で生じた排ガスを大気に導く主排気流路と、前記主排気流路に設けられた後処理装置と、前記主排気流路において前記後処理装置よりも上流部分に設けられた第一連通流路および第二連通流路により、前記主排気流路と流体連通する副排気流路と、前記上流部分の排ガスの体積が所定値以上に上昇すると、前記上流部分の排ガスを前記第一連通流路を介して前記副排気流路に流入させるように開く第一弁と、前記第一弁が開くことで前記副排気流路内に流入した排ガスを、前記第二連通流路を介して前記上流部分に流出させるように開く第二弁と、を備えた、排気系に向けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の内燃機関で生じた排ガスを大気に導く主排気流路と、
前記主排気流路に設けられた後処理装置と、
前記主排気流路において前記後処理装置よりも上流部分に設けられた第一連通流路および第二連通流路により、前記主排気流路と流体連通する副排気流路と、
前記上流部分の排ガスの体積が所定値以上に上昇すると、前記上流部分の排ガスを前記第一連通流路を介して前記副排気流路に流入させるように開く第一弁と、
前記第一弁が開くことで前記副排気流路内に流入した排ガスを、前記第二連通流路を介して前記上流部分に流出させるように開く第二弁と、を備えた、排気系。
【請求項２】
前記第一弁および前記第二弁は自動弁であって、
前記車両の走行状態に基づき、前記第一弁および前記第二弁の開閉を制御するコントローラを、さらに備えた、請求項１に記載の排気系。
【請求項３】
前記第一弁は、前記上流部分の排ガスの圧力により開く逆止弁であり、前記第二弁は、前記副排気流路内の排ガスの圧力により開く逆止弁である、請求項１に記載の排気系。
【請求項４】
前記後処理装置は、前記主排気流路を流れてくる排ガスに含まれる窒素酸化物を浄化するＳＣＲである、請求項１に記載の排気系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排ガスの後処理装置を備えた排気系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の排気系の一例としては、下記特許文献１に記載の排ガス浄化触媒システムが挙げられる。排ガス浄化触媒システムは、排気ガスを排出する内燃機関、ＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）、尿素水タンクに蓄えられた尿素水を排気流路中に添加する尿素添加弁、ＳＣＲ用触媒、及びＡＳＣ触媒（Ａｍｍｏｎｉａ  Ｓｌｉｐ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）を含んでいる。
【０００３】
上記特許文献１では、ＤＯＣおよびＤＰＦの組み合わせが後処理装置の第一例であり、ＳＣＲ用触媒およびＡＳＣ触媒の組み合わせが後処理装置の第二例である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１９６１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記排ガス浄化触媒システムでは、車速が急上昇等で排気流路内の排ガスの体積が増加すると、各後処理装置において浄化が追い付かないことがあった。
【０００６】
そこで、本開示の目的は、排ガス体積が急増しても、後処理装置の浄化性能が低下することを抑制可能な排気系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一形態は、
車両の内燃機関で生じた排ガスを大気に導く主排気流路と、
前記主排気流路に設けられた後処理装置と、
前記主排気流路において前記後処理装置よりも上流部分に設けられた第一連通流路および第二連通流路により、前記主排気流路と流体連通する副排気流路と、
前記上流部分の排ガスの体積が所定値以上に上昇すると、前記上流部分の排ガスを前記第一連通流路を介して前記副排気流路に流入させるように開く第一弁と、
前記第一弁が開くことで前記副排気流路内に流入した排ガスを、前記第二連通流路を介して前記上流部分に流出させるように開く第二弁と、を備えた、排気系、
に向けられる。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、排ガス体積が急増しても、後処理装置の浄化性能が低下することを抑制可能な排気系を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一実施形態の排気系の全体構成を示す図
【図２】図１の排気系における弁開閉制御のフロー図
【図３】第二実施形態の排気系の全体構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、上記図面を参照して、本開示に係る排気系１Ａ，１Ｂについて詳説する。
【００１１】
＜１．第一実施形態＞
図１に示すように、車両Ｖには、第一実施形態に係る排気系１Ａと、それに接続された内燃機関３と、が搭載されている。
【００１２】
まず、内燃機関３について説明する。内燃機関３は、例えばディーゼルエンジンであって、燃焼室３０１と、インジェクタ３０３と、吸気バルブ３０５と、排気バルブ３０７と、を備えている。
【００１３】
燃焼室３０１は、ピストン３１１の頂部、シリンダ３１３およびシリンダヘッド３１５等で囲まれた空間である。
【００１４】
インジェクタ３０３は、本開示では、燃焼室３０１内に燃料を噴射する。しかし、これに限らず、インジェクタ３０３は、燃焼室３０１の吸気ポートに燃料を噴射しても構わない。
【００１５】
吸気バルブ３０５および排気バルブ３０７のそれぞれは開閉可能に構成される。吸気バルブ３０５が開くことで、吸気流路３１７からの新気が燃焼室３０１に吸入される。また、排気バルブ３０７が開くことで、燃焼室３０１で燃料が燃焼して生じた排ガスが排気系１Ａ（具体的には、主排気流路１０１Ａ）に送り出される。
【００１６】
次に、排気系１Ａの基本構成について説明する。
排気系１Ａは、内燃機関３で生じた排ガスを大気中（車外）に導く主排気流路１０１Ａを有する。また、本開示では、主排気流路１０１Ａには、後処理装置１０３Ａの例示として、ＤＯＣ１０５Ａと、ＣＳＦ（Ｃａｔａｌｙｚｅｄ  Ｓｏｏｔ  Ｆｉｌｔｅｒ）１０７Ａと、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）１０９Ａと、Ｒ−ＤＯＣ１１１Ａとが、設けられる。また、主排気流路１０１Ａにおいて、ＣＳＦ１０７の下流側であって、ＳＣＲ１０９Ａの上流側には、還元剤の噴射器１１３Ａが設けられている。
【００１７】
ＤＯＣ１０５Ａは、酸化触媒であって、上記後処理装置１０３Ａの例示の中では、主排気流路１０１Ａの最上流側に設けられる。このＤＯＣ１０５Ａは、主排気流路１０１Ａを通じて自身に流入した排ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）の一部を二酸化窒素にして、排ガス（ＮＯｘ）における二酸化窒素の比率を高める。
【００１８】
ＣＳＦ１０７Ａは、キャタライズド・スート・フィルタであって、主排気流路１０１ＡにおいてＤＯＣ１０５Ａの下流側に設けられ、自身に流入した排ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒの頭字語）という）のうち、主にスートを捕集する。また、ＣＳＦ１０７Ａは、排ガスの温度が自己再生温度以上であれば、捕集したスートを燃焼させて除去する（所謂、自己再生）。ここで、ＣＳＦ１０７Ａにおける自己再生（即ち、スートの燃焼）には、排ガス中での二酸化窒素の重量比が重要である。よって、自己再生は、ＣＳＦ１０７ＡとＣＳＦ１０７Ａとが有機的に組み合わさって実施されることになる。
【００１９】
なお、ＣＳＦ１０７Ａ自体に、上記ＣＳＦ１０７Ａと同様の酸化触媒が付加されていても構わない。この場合も、ＣＳＦ１０７Ａは、上記と同様に自己再生が可能である。
【００２０】
ＳＣＲ１０９Ａは、主排気流路１０１ＡにおいてＣＳＦ１０７Ａの下流側に配置される。また、主排気流路１０１ＡにおいてＣＳＦ１０７ＡおよびＳＣＲ１０９Ａの間には、その位置に、還元剤としての尿素水を添加する噴射器１１３Ａが設けられる。これにより、ＳＣＲ１０９Ａには、排ガスだけでなく、尿素水を排ガスに吹きかけることで生成されたアンモニアも供給される。
【００２１】
ＳＣＲ１０９Ａは、自身を通過する排ガスの温度が所定温度以上になると、供給されたアンモニアと、供給された排ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を還元反応させて、ＮＯｘを無害化する。従って、噴射器１１３Ａは、ＳＣＲ１０９Ａの流入する排ガスの温度が所定温度以上の場合に、尿素水を排ガスに主排気流路１０１Ａ内に供給することが好ましい。なお、所定温度は、本昇温制御装置１の設計開発段階での実験・シミュレーション等により、アンモニアとＮＯｘとの反応温度等を考慮しつつ適宜適切に定められる。
【００２２】
Ｒ−ＤＯＣ１１１Ａは、後段酸化触媒であって、ＳＣＲ１０９Ａにおいて還元反応に使用されなかったアンモニア（余剰のアンモニア）が大気中に排出されないように、余剰アンモニアを酸化除去する。
【００２３】
以上の各後処理装置１０３Ａで排ガスを処理して生成される水、窒素、二酸化炭素は、マフラー（図示せず）等を介して、大気中に排出される。
【００２４】
＜２．技術的課題の詳細＞
ところで、一般的な内燃機関で生じる排ガスの量は、車両の運転状況により変化する。特に、車両が急加速等すると、主排気流路内の流れる排ガスの単位時間あたりの体積が急激に増加する。しかし、従来、噴射器からの噴射量は、このような排ガス体積の急増加に追従できないため、ＳＣＲにおけるＮＯｘの浄化が追い付かなくなる。
【００２５】
また、このような排ガス体積の急増加により、ＳＣＲにてアンモニアスリップが生じること、即ち、ＳＣＲに元々蓄積されていたアンモニアが、急増した排ガスによりＳＣＲ下流に放出されることも想定される。
【００２６】
上記のことから、車両の急加速等に起因する排ガス体積の急増に対する対策が要望されている。
【００２７】
＜３．排気系の特徴＞
上記要望に応えるべく、排気系１Ａは、第２欄で説明した構成に加え、副排気流路１１５Ａと、上流側連通流路１１７Ａと、下流側連通流路１１９Ａと、上流側弁１２１Ａと、下流側弁１２３Ａと、ＥＣＭ１２５Ａと、を備えている。
【００２８】
副排気流路１１５Ａは、内部に排ガスを貯留可能な空間が形成された副室であって、本開示では例示的に、主排気流路１０１ＡにおいてＳＣＲ１０９Ａの上流側の部分（より具体的には、ＣＳＦ１０７Ａと噴射器１１３Ａとの間の部分）に沿って配置される。なお、以下、主排気流路１０１ＡにおいてＣＳＦ１０７Ａと噴射器１１３Ａとの間の部分を、副室設置区間１２７Ａと呼ぶことがある。
【００２９】
上流側連通流路１１７Ａは、例えば、副排気流路１１５Ａの上流側端部と、上記副室設置区間１２７Ａにおける極力上流側とを流体連通させる第一連通流路である。
【００３０】
下流側連通流路１１９Ａは、例えば、副排気流路１１５Ａの下流側端部と、上記副室設置区間１２７Ａにおける極力下流側とを流体連通させる第二連通流路である。
【００３１】
上流側弁１２１Ａは、本実施形態では、後述のＥＣＭ１２５Ａの制御下で開閉する第一自動弁である。より具体的には、上流側弁１２１Ａは、全閉時、上流側連通流路１１７Ａを閉鎖して、主排気流路１０１Ａから副排気流路１１５Ａへの排ガスの流入を規制する。それに対し、上流側弁１２１Ａは、開時、上流側連通流路１１７Ａを開放して、主排気流路１０１Ａから副排気流路１１５Ａへと排ガスを流入させる。
【００３２】
下流側弁１２３Ａは、本実施形態では、後述のＥＣＭ１２５Ａの制御下で開閉する第二自動弁である。より具体的には、下流側弁１２３Ａは、全閉時、下流側連通流路１１９Ａを閉鎖して、副排気流路１１５Ａから主排気流路１０１Ａへの排ガスの流出を規制する。それに対し、下流側弁１２３Ａは、開時、下流側連通流路１１９Ａを開放して、副排気流路１１５Ａから主排気流路１０１Ａへと排ガスを流出させる。
【００３３】
ＥＣＭ１２５Ａは、内燃機関３の制御モジュールであって、回路基板上に実装された、コネクタ、コントローラの一例としてのマイコン、プログラムメモリおよびワーキングメモリ等を有する。なお、ＥＣＭ１２５Ａの詳細な構成は周知であるため、その図示は控える。
【００３４】
ＥＣＭ１２５Ａのコネクタには、例えば、車両に搭載された加速度センサと接続され、加速度センサの出力信号が入力される。この出力信号は、車両に加わる加速度に相関する振幅を有する。
【００３５】
マイコンは、プログラムメモリに格納されたプログラムを、ワーキングメモリを使って実行して、各部を制御する。より具体的には、マイコンには、加速度センサの出力信号が、コネクタ等を介して時系列で転送されてくる。マイコンは、受信信号に基づき、上流側弁１２１Ａおよび下流側弁１２３Ａの開閉を制御する。
【００３６】
＜４．弁開閉制御＞
以下、図２を参照して、本実施形態の弁開閉制御について詳説する。
ＥＣＭ１２５Ａにおいて、マイコンは、受信信号から、車両に現在加わっている加速度を導出した後（ステップＳ００１）、現在の加速度が所定の閾値以上か否かを判断する（ステップＳ００３）。ここで、所定の閾値は、主排気流路１０１Ａ内の排ガス体積がこれ以上多くなると、ＮＯｘ浄化性能の低下を招くか、アンモニアスリップが生じるような値であり、本排気系１Ａの設計開発段階に実施される実験やシミュレーション等に基づき導出される。
【００３７】
マイコンは、ステップＳ００３でＹＥＳと判断すると、上流側弁１２１Ａおよび下流側弁１２３Ａを両方とも開く（ステップＳ００５）。
【００３８】
それに対し、ステップＳ００３でＮＯと判断すると、上流側弁１２１Ａおよび下流側弁１２３Ａを両方とも閉じる（ステップＳ００７）。
【００３９】
ステップＳ００５またはＳ００７が終了すると、処理はステップＳ００１に戻る。
【００４０】
＜５．弁開閉制御の作用・効果＞
第２欄で説明した通り、車両が急加速等することで、内燃機関３で生じる排ガス量が急増し、主排気流路１０１Ａ内の流れる排ガスの単位時間あたりの体積が急増する。この過程において、マイコンが弁開閉制御のステップＳ００５でＹＥＳと判断すると、上流側弁１２１Ａおよび下流側弁１２３Ａを両方とも開く。その結果、主排気流路１０１Ａにおける副室設置区間１２７Ａ内の排ガスが、上流側連通流路１１７Ａを介して、副排気流路１１５Ａの内部に流入すると共に、副排気流路１１５Ａの排ガスが、下流側連通流路１１９Ａを介して、副室設置区間１２７Ａに流出する。換言すると、本排気系１Ａは、車両の急加速等で急増した排ガスを一時的に副排気流路１１５Ａに逃がして、主排気流路１０１Ａに再流入させている。この時の様子を、図１下段の拡大図に模式的に示している。
【００４１】
上記の結果、たとえ内燃機関３からの排ガスが急増したとしても、副排気流路１１５Ａがあるため、主排気流路１０１Ａにおいて、噴射器１１３Ａの設置位置辺りにおける排ガスの流量を低減することが出来る。これによって、噴射器１１３Ａからの還元剤の噴射量を排ガス体積の急増に追従させなくとも、ＳＣＲ１０９ＡにおけるＮＯｘの浄化性能が低減を抑制することが出来る。また、本弁開閉制御により、ＳＣＲ１０９Ａへの排ガス流入量が抑制されるため、ＳＣＲ１０９Ａにおいてアンモニアスリップが生じることを抑制することが出来る。
【００４２】
ところで、第２欄で説明した課題解決のためには、主排気流路１０１Ａの副室設置区間１２７Ａの断面積や流路長を増加させるという手法も想定される。しかし、この手法では、副室設置区間１２７Ａで排ガス温度が低下するため、ＳＣＲ１０９Ａに必要な温度の排ガスを提供出来ない可能性がある。他にも、特に副室設置区間１２７Ａの断面積を増加させると圧力損失が低下するため、ＣＳＦ１０９Ａの差圧再生のような制御に対し影響を与える可能性がある。それ故、本排気系１Ａのように、車両の運転状況に応じて、副排気流路１１５Ａの使用／不使用を選択可能にすることは極めて有用である。
【００４３】
＜６．第二実施形態＞
次に、図３を参照して、本開示の第二実施形態に係る排気系１Ｂについて詳説する。
図３において、排気系１Ｂは、排気系１Ａ（図１参照）と比較すると、上流側弁１２１Ａおよび下流側弁１２３Ａに代えて、上流側弁１２１Ｂおよび下流側弁１２３Ｂを備える点と、ＥＣＭ１２５Ａが不要である点とで相違する。それ以外に、両排気系１Ａ，１Ｂの間に相違点は無いので、図３において、図１の構成に相当するものには同一参照符号を付け、それぞれの説明を省略する。
【００４４】
上流側弁１２１Ｂは、上流側連通流路１１７Ａに設けられる。
本実施形態では、上記副室設置区間１２７Ａにおける排気ガスの体積が増加して排ガスの圧力が第一所定値未満の場合、上流側弁１２１Ｂは全閉して上流側連通流路１１７Ａを閉鎖する。これによって、主排気流路１０１Ａから副排気流路１１５Ａへの排ガスの流入が規制される。
【００４５】
それに対し、上流側弁１２１Ｂは、上記副室設置区間１２７Ａにおける排気ガスの圧力が第一所定値以上の場合には開いて、上流側連通流路１１７Ａを開放する。これによって、主排気流路１０１Ａから副排気流路１１５Ａへと排ガスが流入する。
【００４６】
下流側弁１２３Ｂは、下流側連通流路１１９Ａに設けられる。
本実施形態では、上記副排気流路１１５Ａにおける排気ガスの体積が増加して排ガスの圧力が第二所定値未満の場合には全閉して、下流側連通流路１１９Ａを閉鎖する。これによって、副排気流路１１５Ａから主排気流路１０１Ａへの排ガスの流出が規制される。
【００４７】
それに対し、下流側弁１２３Ｂは、上記副排気流路１１５Ａにおける排気ガスの圧力が第二所定値以上の場合には開いて、下流側連通流路１１９Ａを開放する。これによって、副排気流路１１５Ａから主排気流路１０１Ａへと排ガスが流出する。
【００４８】
なお、第一所定値および第二所定値は、主排気流路１０１Ａ内の排ガス体積（換言すると圧力）がこれ以上多くなると、ＮＯｘ浄化性能の低下を招くか、アンモニアスリップが生じるような値であり、本排気系１Ｂの設計開発段階に実施される実験やシミュレーション等に基づき導出される。
【００４９】
＜７．弁開閉制御の作用・効果＞
本実施形態の排気系１Ｂでも、第５欄で説明したのと同様に、噴射器１１３Ａからの還元剤の噴射量を排ガス体積の急増に追従させなくとも、ＳＣＲ１０９ＡにおけるＮＯｘの浄化性能が低減を抑制することが出来るし、ＳＣＲ１０９Ａにおいてアンモニアスリップが生じることを抑制することが出来る。
【００５０】
上記に加え、排ガスの圧力を利用するため、第一実施形態のようにＥＣＭ１２５Ａが不要となるため、排気系１Ｂの製造コストを低減することが出来る。
【００５１】
＜８．付記＞
上記各実施形態では、副排気流路１１５Ａは、要するに、主排気流路１０１ＡにおけるＣＳＦ１０７Ａと噴射器１１３Ａとの間の部分に沿って設けられていた。しかし、これに限らず、副排気流路１１５Ａは、主排気流路１０１ＡにおいてＤＯＣ１０５ＡおよびＣＳＦ１０７Ａの上流側に沿って設けられて、車両の運転状況に応じて、ＤＯＣ１０５Ａの上流側区間の排ガスを一時的に副排気流路１１５Ａに逃がして、主排気流路１０１Ａに再流入させても構わない。この場合、ＤＯＣ１０５Ａにおける酸化性能の低下を抑制できる。なぜなら、ＤＯＣ１０５Ａの貫通孔数を決める際、排ガス流量も考慮されるためである。従って、大流量の排ガスがＤＯＣ１０５Ａに流入すると、その酸化性能が低下し、ひいては、後段のＣＳＦ１０７ＡにおけるＰＭの浄化性能が低下するおそれがある。よって、上記のように、副排気流路１１５Ａを設けることで、酸化性能、ひいては、ＣＳＦ１０７Ａの浄化性能の低下を抑制出来る。
【００５２】
また、第一実施形態では、弁開閉制御は、加速度センサの出力信号を用いて行われていた。しかし、これに限らず、弁開閉制御は、車速センサの出力信号等を用いて行われても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本開示の排気系は、後処理装置における浄化性能の低下抑制が可能であり、ディーゼルエンジンを搭載した乗用車や商用車等に好適である。
【符号の説明】
【００５４】
３  内燃機関
１Ａ，１Ｂ  排気系
１０１Ａ  主排気流路
１０３Ａ  後処理装置
１０９Ａ  ＳＣＲ
１１５Ａ  副排気流路
１１７Ａ  上流側連通流路（第一連通流路）
１１９Ａ  下流側連通流路（第二連通流路）
１２１Ａ，１２１Ｂ  上流側弁（第一弁，自動弁）
１２３Ａ，１２３Ｂ  下流側弁（第二弁，自動弁）
１２５Ａ  ＥＣＭ（コントローラ）
【図１】
2018031286.tif 000003
【図２】
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【図３】
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