(57)【要約】【課題】後処理部による再生処理の際に発生した熱を有効に活用する。【解決手段】排気システム１は、エンジン１０の排気ガスが流れる排気通路２０と、排気通路２０に設けられ、排気ガスを浄化するために再生処理を行う後処理部３０と、排気通路２０において後処理部３０よりも下流側に設けられ、排気ガスの熱を回収する熱回収器５０と、エンジン１０の暖機に供される熱を蓄える蓄熱器６０と、を備え、蓄熱器６０には、再生処理時に、熱回収器５０によって回収された熱が冷却水を介して伝達されて蓄えられる。【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流れる排気通路と、
前記排気通路に設けられ、前記排気ガスを浄化するために再生処理を行う後処理部と、
前記排気通路において前記後処理部よりも下流側に設けられ、前記排気ガスの熱を回収する熱回収器と、
前記エンジンの暖機に供される熱を蓄える蓄熱器と、
を備え、
前記蓄熱器には、前記再生処理時に、前記熱回収器によって回収された熱が熱媒体を介して伝達されて蓄えられる、
排気システム。
【請求項２】
前記再生処理時に前記蓄熱器内の前記熱媒体の温度を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記温度が所定値よりも低いと判定した場合に、前記熱回収器が回収した熱を前記蓄熱器に蓄えさせる制御部と、
を更に備える、
請求項１に記載の排気システム。
【請求項３】
前記熱回収器と前記蓄熱器と前記エンジンの間で前記熱媒体が流れるように設けられた媒体流路と、
前記媒体流路に設けられ、前記熱媒体が前記蓄熱器と前記エンジンの間で循環する第１経路と、前記熱媒体が前記熱回収器と前記蓄熱器の間で循環する第２経路とを切り替える第１バルブと、
を更に備え、
前記制御部は、前記検出部が検出した前記温度が前記所定値よりも低いと判定した場合に、前記第１バルブを制御して前記第１経路から前記第２経路へ切り替える、
請求項２に記載の排気システム。
【請求項４】
前記排気通路は、前記後処理部よりも下流側の分岐部から分岐しており、前記熱回収器が設けられた分岐通路を含み、
前記分岐部における前記排気ガスの経路を切り替える第２バルブを更に備え、
前記制御部は、前記検出部が検出した前記温度が所定値よりも低いと判定した場合に、前記第２バルブを動作させて前記排気ガスを前記分岐通路へ向かわせる、
請求項２又は３に記載の排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エンジンの排気ガスを浄化する後処理部を有する排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
トラック等の車両においては、エンジンの排気ガスが流れる排気通路に、排気ガスを浄化する後処理部が設けられている。また、上記車両は、例えば後処理部のフィルターが排気ガスの煤で詰まることを抑制するために、煤を燃焼させてフィルターを再生させる再生処理を行う。再生処理では、排気通路に燃料を噴射して排気ガスの温度を高くすることで、後処理部内の煤を燃焼させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−４５４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、燃料を噴射して排気ガスの温度を高くするために発生させた熱は、排気ガスが後処理部を通過した後は利用されずに、廃熱となっていた。このため、再生処理の際に発生した熱を有効に活用することが求められている。
【０００５】
そこで、本開示はこれらの点に鑑みてなされたものであり、後処理部による再生処理の際に発生した熱を有効に活用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一の態様においては、エンジンの排気ガスが流れる排気通路と、前記排気通路に設けられ、前記排気ガスを浄化するために再生処理を行う後処理部と、前記排気通路において前記後処理部よりも下流側に設けられ、前記排気ガスの熱を回収する熱回収器と、前記エンジンの暖機に供される熱を蓄える蓄熱器と、を備え、前記蓄熱器には、前記再生処理時に、前記熱回収器によって回収された熱が熱媒体を介して伝達されて蓄えられる、排気システムを提供する。
上記の排気システムによれば、熱回収器によって回収された排気ガスの熱が熱媒体を介して蓄熱器に蓄えられるので、再生処理の際に排気ガスの温度を上昇させるために発生した熱を有効に活用できる。そして、その後のエンジンの暖機時に、蓄熱器で蓄えられた熱を利用することで、エンジンの暖機を早期に行える。
【０００７】
また、前記排気システムは、前記再生処理時に前記蓄熱器内の前記熱媒体の温度を検出する検出部と、前記検出部が検出した前記温度が所定値よりも低いと判定した場合に、前記熱回収器が回収した熱を前記蓄熱器に蓄えさせる制御部と、を更に備えることとしてもよい。
【０００８】
また、前記排気システムは、前記熱回収器と前記蓄熱器と前記エンジンの間で前記熱媒体が流れるように設けられた媒体流路と、前記媒体流路に設けられ、前記熱媒体が前記蓄熱器と前記エンジンの間で循環する第１経路と、前記熱媒体が前記熱回収器と前記蓄熱器の間で循環する第２経路とを切り替える第１バルブと、を更に備え、前記制御部は、前記検出部が検出した前記温度が前記所定値よりも低いと判定した場合に、前記第１バルブを制御して前記第１経路から前記第２経路へ切り替えることとしてもよい。
【０００９】
また、前記排気通路は、前記後処理部よりも下流側の分岐部から分岐しており、前記熱回収器が設けられた分岐通路を含み、前記排気システムは、前記分岐部における前記排気ガスの経路を切り替える第２バルブを更に備え、前記制御部は、前記検出部が検出した前記温度が所定値よりも低いと判定した場合に、前記第２バルブを動作させて前記排気ガスを前記分岐通路へ向かわせることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、後処理部による再生処理の際に発生した熱を有効に活用できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一の実施形態に係る排気システム１の構成を示す模式図である。
【図２】本開示の一の実施形態に係る排気システム１の構成を示す模式図である。
【図３】再生処理時の排気システム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】
＜排気システムの構成＞
本開示の一の実施形態に係る排気システムの構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００１３】
図１及び図２は、一の実施形態に係る排気システム１の構成を示す模式図である。図１及び図２では、排気ガスの流れが破線の矢印にて示され、冷却水の流れが太線の矢印にて示されている。
排気システム１は、ここではトラック等の車両に搭載されている。排気システム１は、エンジンの排気ガスを外部へ排出すると共に、排気ガスを浄化する機能を有する。排気システム１は、図１及び図２に示すように、エンジン１０と、排気通路２０と、後処理部３０と、分岐通路４０と、熱回収器５０と、蓄熱器６０と、冷却水通路７０と、検出部８０と、制御装置９０とを有する。
【００１４】
エンジン１０は、燃料と吸気の混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる原動機である。エンジン１０は、ここでは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は、燃焼後の排気ガスを排気通路２０へ排出する。
【００１５】
排気通路２０は、エンジン１０の排気ガスが流れる管路であり、排気ガスを車外へ排出させる。排気通路２０の端部には開放口２１が設けられており、排気ガスは、開放口２１から大気開放される。
【００１６】
後処理部３０は、排気通路２０に設けられており、排気ガスを浄化する浄化装置である。後処理部３０は、例えば排気ガス中の微粒子を捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）を含む。後処理部３０は、ＤＰＦのフィルターに捕集された微粒子（例えば、フィルターに詰まった煤）を燃焼により除去して、フィルターを再生する再生処理を行う。再生処理を行う際には排気ガスの温度を高くすることが有効であるため、排気通路２０において後処理部３０の上流側に排気通路２０に燃料を噴射する噴射部２２が設けられている。
【００１７】
分岐通路４０は、排気通路２０において後処理部３０よりも下流側から分岐した通路であり、排気通路２０の一部を成す。具体的には、分岐通路４０は、排気通路２０においてバルブ２３が設けられた分岐部から分岐すると共に、バルブ２３の下流側で排気通路２０と合流している。
【００１８】
バルブ２３は、排気通路２０に開閉可能に設けられており、排気通路２０を流れる排気ガスの経路を切り替える切り替えバルブである。バルブ２３は、図１に示す位置と図２に示す位置の間で回動する。例えば、バルブ２３は、再生処理の際に、図２に示すように排気ガスが分岐通路４０へ流れるように経路を切り替える。
【００１９】
熱回収器５０は、排気通路２０において後処理部３０よりも下流側に設けられており、後処理部３０を通過した排気ガスの熱を回収する機能を有する。具体的には、熱回収器５０は、排気通路２０の分岐通路４０に設けられており、分岐通路４０を流れる排気ガスの熱を回収する。なお、排気ガスは、熱回収器５０での熱回収に伴い温度が低下し、その後、開放口２１から大気開放される。温度が低下した排気ガスが大気開放されることで、路面のアスファルトが排気ガスで溶けることを抑制できる。
【００２０】
熱回収器５０は、分岐通路４０及び冷却水通路７０に跨るように設けられている。そして、熱回収器５０は、排気通路２０を流れる排気ガスと、冷却水通路７０を流れる冷却水とを熱交換して、冷却水を温める熱交換器の機能を有する。冷却水通路７０を流れる冷却水は、熱回収器５０において排気ガスから受熱する。
【００２１】
蓄熱器６０は、例えばエンジン１０の暖機に供される熱を蓄える機能を有する。蓄熱器６０は、熱回収器５０が回収した熱を蓄える。具体的には、蓄熱器６０は、後処理部３０による再生処理時に、熱回収器５０で排気ガスと熱交換した熱媒体（具体的には、冷却水通路７０を流れる冷却水）を貯めておくことで、熱を蓄える。
【００２２】
冷却水通路７０は、冷却水が流れる管路である。冷却水通路７０は、熱媒体である冷却水がエンジン１０と熱回収器５０と蓄熱器６０の間で流れるように設けられた媒体流路である。冷却水通路７０には、冷却水を循環させるポンプ（不図示）と、冷却水が流れる経路を切り替えるためのバルブ７１、７２が設けられている。
【００２３】
バルブ７１、７２は、例えば三方弁であり、冷却水通路７０における冷却水の経路として、第１経路Ｒ１（図１で太線の矢印で示す経路）と第２経路Ｒ２（図２で太線の矢印で示す経路）とを切り替える。第１経路Ｒ１は、冷却水が蓄熱器６０とエンジン１０の間で循環する経路である。第２経路Ｒ２は、冷却水が熱回収器５０と蓄熱器６０の間で循環する経路である。
【００２４】
バルブ７１、７２は、エンジン１０の暖機時には、冷却水の経路を第１経路Ｒ１にすることで、蓄熱器６０に蓄えられていた温かい冷却水がエンジン１０に送られることで、エンジン１０の暖機を効果的に行える。一方で、バルブ７１、７２は、再生処理時には、冷却水の経路を第２経路Ｒ２にすることで、熱回収器５０で熱交換した冷却水が蓄熱器６０に送られることで、蓄熱器６０に対する蓄熱を効果的に行える。
【００２５】
検出部８０は、排気システム１の各種状態を検出する。例えば、検出部８０は、後処理部３０のフィルターによる微粒子の捕集量が所定値よりも多いか否かを検出する。具体的には、検出部８０は、後処理部３０の上流側及び下流側に設けられた圧力センサの出力値に基づいて、微粒子の捕集量が所定値よりも多いか否かを検出する。
また、検出部８０は、蓄熱器６０内の冷却水の温度を検出する機能を有する。例えば、検出部８０は、エンジン１０の暖機及び再生処理が実行される際に、蓄熱器６０内の冷却水の温度を検出する。検出部８０は、検出結果を制御装置９０に出力する。
【００２６】
制御装置９０は、排気システム１全体の動作を制御する電子制御装置である。制御装置９０は、検出部８０によって後処理部３０のフィルターによる微粒子の捕集量が所定値よりも多いと検出された場合（別言すれば、フィルターが煤で詰まっている場合）には、後処理部３０による再生処理を実行させる。
【００２７】
制御装置９０は、再生処理時に、熱回収器５０が回収した熱を蓄熱器６０に蓄えるように制御する。これにより、再生処理の際に排気ガスの温度を上昇させるために発生した熱（噴射部２２による燃料噴射により排気ガスが受けた熱）を廃熱とせずに、有効に活用できる。
【００２８】
制御装置９０は、例えば再生処理時に検出部８０が検出した蓄熱器６０内の冷却水の温度が所定値よりも低いと判定した場合に、熱回収器５０が回収した熱を蓄熱器６０に蓄えさせる。具体的には、制御装置９０は、再生処理時に蓄熱器６０内の冷却水の温度が所定値よりも低いと判定した場合には、バルブ７１、７２を制御して第１経路Ｒ１から第２経路Ｒ２へ切り替える。これにより、熱回収器５０で排気ガスと熱交換した温まった冷却水が、第２経路Ｒ２を流れるので、蓄熱器６０を早期に蓄熱できる。一方で、制御装置９０は、再生処理時に蓄熱器６０内の冷却水の温度が所定値以上であると判定した場合には、バルブ７１、７２を制御して第２経路Ｒ２から第１経路Ｒ１へ切り替える。これにより、蓄熱器６０が過剰に蓄熱されることを防止できる。
【００２９】
また、制御装置９０は、再生処理中に、バルブ２３を動作させて排気ガスを分岐通路４０へ向かわせる。具体的には、制御装置９０は、再生処理中に蓄熱器６０内の冷却水の温度が所定値よりも低いと判定した場合に、バルブ２３を動作させて排気ガスを分岐通路４０へ向かわせる。これにより、蓄熱器６０内の冷却水の温度が低い場合には、排気ガスが熱回収器５０で冷却水と熱交換することになるので、冷却水の温度を高くすることができる。
【００３０】
＜再生処理時の排気システムの動作例＞
再生処理時の排気システム１の動作例について、図３を参照しながら説明する。再生処理は、制御装置９０が記憶部に記憶されたプログラムを実行することで実現される。
【００３１】
図３は、再生処理時の排気システム１の動作例を説明するためのフローチャートである。本フローチャートは、エンジン１０が始動したところから開始される（ステップＳ１０２）。この際、例えば第１経路Ｒ１を流れる冷却水によってエンジン１０の暖機が行われる（図１参照）。エンジン１０で燃焼後の排気ガスは、排気通路２０を流れて後処理部３０で浄化される。これに伴い、後処理部３０のフィルターに排気ガスの微粒子（煤）が付着することになる。
【００３２】
次に、制御装置９０は、検出部８０の検出結果に基づいて、後処理部３０のフィルターが煤で詰まっているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。具体的には、制御装置９０は、微粒子の捕集量が所定値よりも多いか否かを判定する。そして、ステップＳ１０４でフィルターが煤で詰まっている（捕集量が所定値よりも多い）と判定された場合には（Ｙｅｓ）、制御装置９０は、後処理部３０による再生処理を開始させる（ステップＳ１０６）。具体的には、制御装置９０は、噴射部２２に燃料を噴射させることで排気ガスの温度を上昇させて、再生処理を促進させる。
【００３３】
次に、制御装置９０は、再生処理を行っている際に、蓄熱器６０内の冷却水の温度が所定値よりも低いか否かを判定する（ステップＳ１０８）。そして、ステップＳ１０８で蓄熱器６０内の冷却水の温度が所定値よりも低いと判定された場合には（Ｙｅｓ）、制御装置９０は、排気ガスが排気通路２０から分岐通路４０へ流れるように（図２）、バルブ２３により排気ガスの経路の切り替えを行う（ステップＳ１１０）。これにより、排気ガスは、分岐通路４０を流れて熱回収器５０において、熱媒体である冷却水と熱交換される。
【００３４】
次に、制御装置９０は、バルブ７１、７２を動作して、熱回収器５０で排気ガスと熱交換した冷却水が蓄熱器６０へ向かうように、冷却水の経路を第２経路Ｒ２（図２）へ切り替える（ステップＳ１１２）。これにより、熱回収器５０において排気ガスと熱交換して温まった冷却水は、冷却水通路７０の第２経路Ｒ２を流れて蓄熱器６０に至り、蓄熱器６０に蓄えられる（ステップＳ１１４）。この結果、蓄熱器６０が、熱回収器５０で回収された熱で蓄熱されることになる。なお、ステップＳ１１０、Ｓ１１２の処理は、同時に行われてもよい。
【００３５】
その後、制御装置９０は、蓄熱器６０の冷却水の温度が所定値よりも高くなった場合には、バルブ２３、７１、７２を図１に示す状態に切り替えて、蓄熱器６０に対する蓄熱を停止する。
フィルターに煤が詰まった状態が解消されると、上述した再生処理が終了する。
【００３６】
＜本実施形態における効果＞
上述した排気システム１は、再生処理を行う後処理部３０と、排気通路２０において後処理部３０の下流側に設けられ排気ガスの熱を回収する熱回収器５０と、後処理部３０による再生処理時に、熱回収器５０によって回収された熱が熱媒体（冷却水通路７０を流れる冷却水）を介して伝達されて蓄えられる蓄熱器６０を有する。
上記の構成により、熱回収器５０によって回収された排気ガスの熱が熱媒体を介して蓄熱器６０に蓄えられるので、再生処理の際に排気ガスの温度を上昇させるために発生した熱（噴射部２２による燃料噴射により排気ガスが受けた熱）を廃熱とせずに、有効に活用できる。そして、その後のエンジン１０の暖機時に、蓄熱器６０で蓄えられた熱を利用することで、エンジン１０の暖機を早期に行える。
【００３７】
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ない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００３８】
１    排気システム
１０    エンジン
２０    排気通路
２３    バルブ
３０    後処理部
４０    分岐通路
５０    熱回収器
６０    蓄熱器
７０    冷却水通路
７１、７２    バルブ
８０    検出部
９０    制御装置
Ｒ１    第１経路
Ｒ２    第２経路
【図１】
2019074002.tif 000003
【図２】
2019074002.tif 000004
【図３】
2019074002.tif 000005