図面 (/)

技術 排気浄化システム

出願人 いすゞ自動車株式会社
発明者 長田勝士
出願日 2016年2月17日 (4年1ヶ月経過) 出願番号 2016-027991
公開日 2017年8月24日 (2年7ヶ月経過) 公開番号 2017-145755
状態 未査定
技術分野 排気消音装置 排気の後処理
主要キーワード 放出排気 上流配管 外気環境 接続管内 上流管 多孔質セラミック担体 流路切替バルブ 放出開口
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年8月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

酸化触媒の温度低下を効果的に抑制する。

解決手段

エンジン10の排気系に設けられた酸化触媒21と、排気系に設けられて酸化触媒21を収容する前段ケーシング20と、排気系の前段ケーシング20よりも排気下流側に設けられて、排気ガス大気に放出させる放出管50とを備え、放出管50の下流端開口部50Aが排気系の酸化触媒21よりも排気上流側に隣接して配置された。

概要

背景

この種の排気浄化システムとして、エンジン排気通路排気上流側から順に、HC・CO酸化能を有する酸化触媒及び、排気中の粒子状物質(以下、PM)を捕集するパティキュレイトフィルタ(以下、フィルタ)を備えたものが知られている。フィルタのPM捕集能力には限界がある。このため、フィルタのPM堆積量が所定量に達した場合には、上流側の酸化触媒にHCを供給して排気温度PM燃焼温度まで上昇させ、フィルタのPMを燃焼除去する所謂フィルタ強制再生を行う必要がある。

酸化触媒の良好な酸化能力を得るには、触媒温度活性温度以上に維持することが好ましい。例えば、特許文献1には、フィルタ強制再生を行う場合に、アフタ噴射に近いアーリーポスト噴射によって筒内の燃焼温度を上昇させて酸化触媒を活性温度まで昇温する触媒昇温制御を実施し、次いで、酸化触媒が活性状態になると、レイト・ポスト噴射や排気管噴射によってフィルタをPM燃焼温度まで昇温するフィルタ昇温制御を行う技術が開示されている。

概要

酸化触媒の温度低下を効果的に抑制する。エンジン10の排気系に設けられた酸化触媒21と、排気系に設けられて酸化触媒21を収容する前段ケーシング20と、排気系の前段ケーシング20よりも排気下流側に設けられて、排気ガス大気に放出させる放出管50とを備え、放出管50の下流端開口部50Aが排気系の酸化触媒21よりも排気上流側に隣接して配置された。

目的

開示のシステムは、酸化触媒の温度低下を効果的に抑制することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

エンジン排気系に設けられた酸化触媒と、前記排気系に設けられて前記酸化触媒を収容する第1ケーシングと、前記排気系の前記第1ケーシングよりも排気下流側に設けられて、排気ガス大気に放出させる放出管と、を備え、前記放出管の下流端開口部が前記排気系の前記酸化触媒よりも排気上流側に隣接して配置されたことを特徴とする排気浄化システム

請求項2

前記排気系の前記第1ケーシングよりも排気上流側に設けられて、その排気下流端側を前記第1ケーシングの排気上流端に接続された上流管をさらに備え、前記放出管の下流端開口部が前記第1ケーシングの排気上流端又は前記上流管の排気下流端に隣接して配置された請求項1に記載の排気浄化システム。

請求項3

前記排気系の前記酸化触媒よりも排気下流側に設けられて尿素水から生成されるアンモニア還元剤として排気中の窒素化合物還元浄化する選択的還元触媒と、前記排気系の前記第1ケーシングよりも排気上流側に設けられて、前記選択的還元触媒を収容する第2ケーシングと、前記排気系の前記第1ケーシングと前記第2ケーシングとの間に設けられた接続管と、前記接続管に設けられて当該接続管内に尿素水を噴射する噴射ノズルと、前記放出管から分岐すると共に、その下流端開口部が前記接続管に隣接して配置された第1分岐管と、をさらに備える請求項1又は2に記載の排気浄化システム。

請求項4

前記放出管から分岐すると共に、その下流端開口部が前記排気系の前記酸化触媒よりも排気上流側のから離間して配置された第2分岐管と、前記第2分岐管よりも上流側の前記放出管を流れる排気ガスの温度を取得する排気温度得手段と、前記排気温度取得手段によって取得される排気温度が前記酸化触媒の活性温度以上の場合に前記第2分岐管を遮断すると共に、前記排気温度取得手段によって取得される排気温度が前記酸化触媒の活性温度未満の場合に前記放出管の前記第2分岐管よりも排気下流側を遮断する流路切替バルブと、をさらに備える請求項1から3の何れか一項に記載の排気浄化システム。

技術分野

0001

本発明は、排気浄化システムに関する。

背景技術

0002

この種の排気浄化システムとして、エンジン排気通路排気上流側から順に、HC・CO酸化能を有する酸化触媒及び、排気中の粒子状物質(以下、PM)を捕集するパティキュレイトフィルタ(以下、フィルタ)を備えたものが知られている。フィルタのPM捕集能力には限界がある。このため、フィルタのPM堆積量が所定量に達した場合には、上流側の酸化触媒にHCを供給して排気温度PM燃焼温度まで上昇させ、フィルタのPMを燃焼除去する所謂フィルタ強制再生を行う必要がある。

0003

酸化触媒の良好な酸化能力を得るには、触媒温度活性温度以上に維持することが好ましい。例えば、特許文献1には、フィルタ強制再生を行う場合に、アフタ噴射に近いアーリーポスト噴射によって筒内の燃焼温度を上昇させて酸化触媒を活性温度まで昇温する触媒昇温制御を実施し、次いで、酸化触媒が活性状態になると、レイト・ポスト噴射や排気管噴射によってフィルタをPM燃焼温度まで昇温するフィルタ昇温制御を行う技術が開示されている。

先行技術

0004

特開2012−072666号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、エンジンの運転状態外気環境によっては、酸化触媒の温度が活性温度よりも大きく低下する場合がある。このような触媒低温状態でフィルタ強制再生を開始すると、触媒昇温制御に要する時間が長くなり、燃料消費量の増加により燃費の悪化を招く課題がある。また、フィルタ強制再生の終了までに要する時間も長くなる課題がある。

0006

開示のシステムは、酸化触媒の温度低下を効果的に抑制することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

開示のシステムは、エンジンの排気系に設けられた酸化触媒と、前記排気系に設けられて前記酸化触媒を収容する第1ケーシングと、前記排気系の前記第1ケーシングよりも排気下流側に設けられて、排気ガス大気に放出させる放出管と、を備え、前記放出管の下流端開口部が前記排気系の前記酸化触媒よりも排気上流側に隣接して配置されたことを特徴とする。

0008

前記排気系の前記第1ケーシングよりも排気上流側に設けられて、その排気下流端側を前記第1ケーシングの排気上流端に接続された上流管をさらに備え、前記放出管の下流端開口部が前記第1ケーシングの排気上流端又は前記上流管の排気下流端に隣接して配置されてもよい。

0009

前記排気系の前記酸化触媒よりも排気下流側に設けられて尿素水から生成されるアンモニア還元剤として排気中の窒素化合物還元浄化する選択的還元触媒と、前記排気系の前記第1ケーシングよりも排気上流側に設けられて、前記選択的還元触媒を収容する第2ケーシングと、前記排気系の前記第1ケーシングと前記第2ケーシングとの間に設けられた接続管と、前記接続管に設けられて当該接続管内に尿素水を噴射する噴射ノズルと、前記放出管から分岐すると共に、その下流端開口部が前記接続管に隣接して配置された第1分岐管と、をさらに備えてもよい。

0010

前記放出管から分岐すると共に、その下流端開口部が前記排気系の前記酸化触媒よりも排気上流側のから離間して配置された第2分岐管と、前記第2分岐管よりも上流側の前記放出管を流れる排気ガスの温度を取得する排気温度取得手段と、前記排気温度取得手段によって取得される排気温度が前記酸化触媒の活性温度以上の場合に前記第2分岐管を遮断すると共に、前記排気温度取得手段によって取得される排気温度が前記酸化触媒の活性温度未満の場合に前記放出管の前記第2分岐管よりも排気下流側を遮断する流路切替バルブと、をさらに備えるてもよい。

発明の効果

0011

開示のシステムによれば、酸化触媒の温度低下を効果的に抑制することができる。

図面の簡単な説明

0012

第一実施形態に係る排気浄化システムを示す模式的な全体構成図である。
第一実施形態に係るフィルタ強制再生制御の詳細を説明するフローチャート図である。
(A),(B)は第一実施形態に係るフィルタ強制再生制御を説明するタイミングチャート図、(C)は従来のフィルタ強制再生制御を説明するタイミングチャート図である。
第二実施形態に係る排気浄化システムを示す模式的な全体構成図である。
第三実施形態に係る排気浄化システムを示す模式的な全体構成図である。
他の実施形態に係る排気浄化システムを示す模式的な全体構成図である。

実施例

0013

以下、添付図面に基づいて、本発明の各実施形態に係る排気浄化システムを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

0014

[第一実施形態]
図1に示すように、第一実施形態の排気浄化システム1Aは、排気上流側から順に、上流排気管12と、前段ケーシング(第1ケーシング)20と、接続排気管24と、後段ケーシング(第2ケーシング)40と、放出排気管50とを備えている。なお、図1中において、符号10はディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)、符号11は排気マニホールド、符号30は尿素水噴射装置をそれぞれ示している。

0015

上流排気管12は、略円筒状に形成されており、車両前後方向に延設されている。上流排気管12は、その上流端を排気マニホールド11に接続されると共に、その下流端を前段ケーシング20の上流側開口部に接続されている。

0016

前段ケーシング20は、略円筒状に形成されており、その内部には、排気上流側から順に、第1酸化触媒21及び、フィルタ22が収容されている。本実施形態において、第1酸化触媒21及び、フィルタ22は、車両の前後方向に直列に配置されている。

0017

第1酸化触媒21は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック担体表面に触媒成分等を担持して形成されている。第1酸化触媒21は、エンジン10のポスト噴射や図示しない排気管噴射ノズルの排気管噴射によってHCが供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。

0018

フィルタ22は、例えば、多孔質性隔壁区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ22は、排気中のPMを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、PM堆積推定量が所定量に達すると、これを燃焼除去するフィルタ強制再生が実施される。

0019

接続排気管24は、互いに並行隣接配置された前段ケーシング20と後段ケーシング40との間に延設されると共に、その上流端及び下流端を屈曲させて略S字状に形成されている。接続排気管24は、その上流端を前段ケーシング20の下流端開口部に接続されると共に、その下流端を後段ケーシング40の上流端開口部に接続されている。また、接続排気管24には、尿素水噴射装置30の尿素水噴射ノズル33が設けられている。

0020

尿素水噴射装置30は、尿素水を貯留する尿素水タンク31と、尿素水タンク31から尿素水を汲み上げる尿素水ポンプ32と、接続排気管24内に尿素水を噴射する尿素水噴射ノズル33とを備えている。尿素水噴射ノズル33から接続排気管24内に噴射された尿素水は、排気熱により加水分解されてアンモニア(NH3)に生成され、下流側のSCR触媒41に還元剤として供給される。

0021

後段ケーシング40は、略円筒状に形成されており、前段ケーシング20と並行に隣接配置されている。また、後段ケーシング40の内部には、排気上流側から順に、選択的還元触媒(以下、SCR触媒)41及び、第2酸化触媒42が収容されている。

0022

SCR触媒41は、例えば多孔質セラミック担体ゼオライト等を担持して形成されている。SCR触媒41は、尿素水噴射ノズル33から還元剤として供給されるアンモニアを吸着すると共に、吸着したアンモニアで通過する排気中からNOxを選択的に還元浄化する。

0023

第2酸化触媒42は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分等を担持して形成されており、SCR触媒41から下流側にスリップしたアンモニアを酸化する機能を有している。

0024

放出排気管(テールパイプ)50は、略円筒状に形成されており、その上流端を後段ケーシング40の下流端に接続されると共に、その下流端には、排気ガスを大気に放出させる放出開口部50Aが形成されている。また、放出排気管50は、その上流側端部を略C字状湾曲させて車両前方に向けて折り返され、その中間部位を前段及び後段ケーシング20,40よりも車両前方側で上流排気管12に向けて略L字状に折り曲げられて車両幅方向に延びると共に、その下流側端部を前段ケーシング20に向けて斜め後方屈曲形成されている。すなわち、排気ガスを大気に放出させる放出開口部50Aが、上流排気管12の下流端近傍及び前段ケーシング20の上流端近傍に隣接して配置されている。

0025

このように、放出開口部50Aを上流排気管12の下流端及び前段ケーシング20の上流端に隣接配置して放出排気ガスを直接的に当てることで、酸化触媒21に流入する排気ガスが保温されるようになり、酸化触媒21の温度低下を効果的に抑制するようになっている。また、放出排気ガスを斜め前方から当てることで、車両走行風の影響を受けても、放出排気ガスが上流排気管12の下流端及び前段ケーシング20の上流端に確実に当てられるようになっている。

0026

第1排気温度センサ80は、酸化触媒21の直上流に設けられており、酸化触媒21に流入する排気ガスの温度(酸化触媒入口温度)を取得する。第2排気温度センサ81は、酸化触媒21とフィルタ22との間に設けられており、酸化触媒21から流出する排気ガスの温度(酸化触媒出口温度)を取得する。差圧センサ82は、フィルタ22の前後差圧を取得する。これら各種センサ類80〜82のセンサ値は、電気的に接続された電子制御ユニット(以下、ECU)100に出力される。

0027

ECU100は、エンジン10の各種制御を行うもので、公知のCPUやROM、RAM、入力ポート出力ポート等を備え構成されている。これら各種制御を行うため、ECU100には、各種センサ類のセンサ値が入力される。また、ECU100は、フィルタ22に堆積したPMを燃焼除去させるフィルタ強制再生制御も実行する。

0028

フィルタ強制再生制御は、差圧センサ82により取得されるフィルタ前後差圧から推定されるPM堆積量が所定の上限閾値に達した場合、或は、車両の走行距離再生インターバル所定値に達すると開始される。

0029

以下、図2に基づいて、フィルタ強制再生制御の詳細を説明する。ステップS100では、PM堆積量が所定の上限閾値に達したか否かが判定される。肯定の場合は、ステップS110に進み、第1及び第2排気温度センサ80,81(図1参照)の各センサ値から取得される酸化触媒温度が所定の活性温度(例えば、約200度)以上か否かが判定される。肯定の場合は、ステップS120にて、排気管噴射又はレイト・ポスト噴射(排気バルブ開弁時に行う噴射)により酸化触媒21にHCを供給し、フィルタ22をPM燃焼温度(例えば、約600度)まで昇温させるフィルタ昇温制御が実行される。一方、否定の場合は、ステップS130に進み、吸気絞りやアーリー・ポスト噴射(アフタ噴射に近いタイミングで行う噴射)により酸化触媒温度を活性温度まで上昇させる触媒昇温制御が実行される。ステップS140にて酸化触媒温度が活性温度に達したら、ステップS150にて、フィルタ昇温制御が実行される。ステップS160にてPM堆積量が所定の下限閾値まで減少すると、ステップS170にてフィルタ強制再生制御を終了し、本制御はリターンされる。

0030

本実施形態において、酸化触媒21に流入する排気ガスは放出排気ガスによって保温されているため、特に、ステップS110の判定は、肯定(酸化触媒温度が活性温度以上)の頻度が多くなり、また、否定(酸化触媒温度が活性温度未満)の場合であっても、酸化触媒温度と活性温度との温度差が効果的に減少されるようになっている。

0031

以上詳述したように、本実施形態によると、排気ガスを大気に放出させる放出開口部50Aを上流排気管12の下流端及び前段ケーシング20の上流端に隣接配置することで、放出排気ガスが上流排気管12の下流端及び前段ケーシング20の上流端に直接的に当てられるようになっている。これにより、酸化触媒21に流入する排気ガスが放出排気ガスによって保温されるようになり、酸化触媒21の温度低下を効果的に抑制することが可能になる。

0032

また、酸化触媒21を放出排気ガスによって保温することで、酸化触媒温度が活性温度以上に効果的に維持されやすくなる。これにより、フィルタ強制再生制御時の触媒昇温制御が不要(図3(A)参照)、或は、触媒昇温制御に要する時間を短縮(図3(B)参照)することが可能となり、燃費性能を確実に向上させることができる。また、フィルタ再生制御に要する時間も、酸化触媒を保温せずに行う従来例(図3(C)参照)に比べ、効果的に短縮することが可能となる。

0033

[第二実施形態]
次に、図4に基づいて、第二実施形態に係る排気浄化システム1Bの詳細を説明する。第二実施形態の排気浄化システム1Bは、第一実施形態の排気浄化システム1Aにおいて、放出排気管50の形状を変更したものである。他の構成については、第一実施形態と同様に構成されるため、詳細な説明は省略する。

0034

第二実施形態の放出排気管50は、その下流端側二股分岐形成されて、排気ガスを二か所の開口部から大気に放出するように構成されている。第1放出開口部50Aは、第一実施形態と同様に、上流排気管12の下流端及び前段ケーシング20の上流端に隣接配置されている。分岐排気管51は、放出排気管50の下流端側から接続排気管24に向けて分岐すると共に、その第2放出開口部51Aが後段ケーシング40直上流の接続排気管24に隣接配置されている。

0035

第二実施形態では、このように、放出排気ガスを酸化触媒21直上流の上流排気管12に加え、SCR触媒41直上流の接続排気管24に直接的に当てることにより、尿素水が拡散される接続排気管24内を効果的に保温することが可能となり、アンモニアの生成効率を確実に向上することができる。

0036

[第三実施形態]
次に、図5に基づいて、第三実施形態に係る排気浄化システム1Cの詳細を説明する。第三実施形態の排気浄化システム1Cは、第一実施形態の排気浄化システム1Aに、分岐放出管60、流路切替バルブ61、第3排気温度センサ84をさらに備えたものである。他の構成については、第一実施形態と同様に構成されるため、詳細な説明は省略する。

0037

分岐放出管60は、放出排気管50から前段ケーシング20や上流配管12が存在しない他の方向に向かって分岐すると共に、その下流端を大気開放されている。流路切替バルブ61は、例えばバタフライバルブであって、放出排気管50と分岐放出管60との分岐部に設けられている。流路切替バルブ61は、第3排気温度センサ84によって検出される排気温度が所定の閾値(例えば、酸化触媒21の触媒活性温度)未満の場合には、放出排気管50を閉鎖する一方、第3排気温度センサ84によって検出される排気温度が所定の閾値以上の場合には分岐管60を閉鎖する。すなわち、放出排気ガス流路が、低温度時は分岐放出管60とされ、高温時は放出排気管50に選択的に切り替えられるようになっている。

0038

第三実施形態では、このように、放出排気ガスが酸化触媒21の活性温度以上の場合にのみ上流排気管12の下流端及び前段ケーシング20の上流端に排気ガスを直接的に当てることで、酸化触媒21が低温排気ガスによって冷却されることを効果的に防止することができる。

0039

[その他]
なお、本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

0040

例えば、図6に示すように、上記各実施形態を全て組み合わせて構成してもよい。また、前段ケーシング20や後段ケーシング40に収容される触媒の種類や配置順は、図示例に限定されず、他の触媒や配置順であってもよい。また、エンジン10はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他に内燃機関にも広く適用することが可能である。

0041

10エンジン
12上流排気管
20前段ケーシング
21 第1酸化触媒
22フィルタ
24接続排気管
30尿素水噴射装置
31尿素水タンク
32尿素水ポンプ
33尿素水噴射ノズル
40後段ケーシング
41SCR触媒
42 第2酸化触媒
50放出排気管
100 ECU

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 日本碍子株式会社の「 ハニカム構造体」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】排気ガス浄化用の触媒を担持した際に、隔壁の細孔内への触媒の充填率を高くすることが可能なハニカム構造体を提供する。【解決手段】多孔質の隔壁1を有する柱状のハニカム構造部4を備え、隔壁1の気孔率が... 詳細

  • マツダ株式会社の「 エンジンの制御方法及び制御装置」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】バッテリを大容量化することなく、エンジンの冷間始動時おける、消費電力の増加及びエミッション性能の悪化を抑制する。【解決手段】エンジン冷間時における始動制御において、循環通路(吸気バイパス通路5... 詳細

  • マツダ株式会社の「 エンジンの制御装置」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】エンジン冷間時におけるエミッション性能の悪化を抑制する。【解決手段】電動過給機53と、排気浄化触媒61と、排気浄化触媒61の活性状態を検出又は推定する手段と、エンジン本体10の有効圧縮比を変化... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ