特開 2024-44561 排気制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024044561

(43)【公開日】2024-04-02

(54)【発明の名称】排気制御装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/20 20060101AFI20240326BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20240326BHJP

   F02D 41/22 20060101ALI20240326BHJP

   F02D 9/02 20060101ALI20240326BHJP

   F02D 21/08 20060101ALI20240326BHJP

   F02D 9/04 20060101ALI20240326BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20240326BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

F01N3/20 B ZAB

F01N3/28 301C

F02D41/22

F02D9/02 341G

F02D21/08 Z

F02D9/04 Z

F01N3/08 B

B01D53/94 222

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022150154

(22)【出願日】2022-09-21

(71)【出願人】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂本 隆行

(72)【発明者】

【氏名】瀬戸 崇大

(72)【発明者】

【氏名】麝嶋 徹

(72)【発明者】

【氏名】西村 裕大

(72)【発明者】

【氏名】村田 康

【テーマコード（参考）】

3G065

3G091

3G092

3G301

4D148

【Ｆターム（参考）】

3G065AA10

3G065CA27

3G065GA10

3G091AB05

3G091BA01

3G091CA17

3G091EA01

3G091EA02

3G092AA17

3G092DC08

3G092FA15

3G092HA11Z

3G092HE01Z

3G301JA21

3G301MA18

3G301NC02

3G301PA17Z

3G301PE01Z

4D148AA06

4D148AB02

4D148AC02

4D148AC03

4D148CC32

4D148CC61

4D148CD05

4D148DA01

4D148DA20

(57)【要約】

【課題】タービンの耐久性と安全性を確保しつつ、脱硫速度の低下を抑制することができる排気制御装置を提供すること。
【解決手段】排気制御装置は、エンジンからの排気が流れる排気通路において、ターボチャージャのタービンの下流側にＮＯｘ浄化触媒が設けられ、タービンとＮＯｘ浄化触媒との間に酸化触媒が設けられていない排気系で用いられ、ＮＯｘ浄化触媒の温度を第１設定温度以上に昇温させ、タービンの出口側の排気の温度を第１設定温度より高い第２設定温度以下に維持し、ＮＯｘ浄化触媒における脱硫反応に寄与する還元ガスを発生させる制御を実行する制御部と、エンジンの動作中におけるエンジン回転数およびエンジントルクに基づいて、エンジン回転数とエンジントルクとに応じて予め定められた複数の領域のうちのどの領域に相当するかを判定する判定部と、を有する。制御部は、判定された領域に基づいて、制御の内容を変更する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンからの排気が流れる排気通路において、ターボチャージャのタービンの下流側にＮＯｘ浄化触媒が設けられ、前記タービンと前記ＮＯｘ浄化触媒との間に酸化触媒が設けられていない排気系で用いられる排気制御装置であって、
前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を第１設定温度以上に昇温させ、前記タービンの出口側の排気の温度を前記第１設定温度より高い第２設定温度以下に維持し、前記ＮＯｘ浄化触媒における脱硫反応に寄与する還元ガスを発生させる制御を実行する制御部と、
前記エンジンの動作中におけるエンジン回転数およびエンジントルクに基づいて、前記エンジン回転数と前記エンジントルクとに応じて予め定められた複数の領域のうちのどの領域に相当するかを判定する判定部と、を有し、
前記制御部は、
判定された前記領域に基づいて、前記制御の内容を変更する、
排気制御装置。

【請求項2】

前記複数の領域は、
前記エンジン回転数に関わらず、前記エンジントルクが第１閾値以上である第１領域と、
前記エンジントルクが前記第１閾値未満であり、かつ、前記エンジン回転数が第２閾値未満である第２領域と、
前記エンジントルクが前記第１閾値未満であり、かつ、前記エンジン回転数が第２閾値以上である第３領域と、を含み、
前記制御部は、
判定された前記領域が前記第１領域である場合、
アフター噴射、インテークスロットルバルブの絞り、メイン噴射の噴射タイミングの遅角、および、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）バルブの絞りを制御し、
判定された前記領域が前記第２領域である場合、
アフター噴射、インテークスロットルバルブの絞り、メイン噴射の噴射タイミングの遅角、および、エキゾーストブレーキバルブの絞りを制御し、
判定された前記領域が前記第３領域である場合、
アフター噴射、インテークスロットルバルブの絞り、および、メイン噴射の噴射タイミングの遅角を制御する、
請求項１に記載の排気制御装置。

【請求項3】

前記制御部は、
前記インテークスロットルバルブの絞り、前記エキゾーストブレーキバルブの絞り、および、前記ＥＧＲバルブの絞りにおいて、前記エンジントルクが低下しないようにバルブの開度を小さくする、
請求項２に記載の排気制御装置。

【請求項4】

前記第２設定温度は、
前記タービンの耐久性と安全性が確保される上限の温度である、
請求項１に記載の排気制御装置。

【請求項5】

前記還元ガスは、
一酸化炭素を含むガスである、
請求項１に記載の排気制御装置。

【請求項6】

前記ＮＯｘ浄化触媒は、
ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒である、
請求項１に記載の排気制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、排気制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エンジンから排出される排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する装置として、例えば、尿素水を還元剤として使用するＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

また、従来、エンジンの始動後なるべく早期にＳＣＲ触媒を昇温させるために、ＳＣＲ触媒をターボチャージャのタービンの下流側（例えば直下）に配置する構成が知られている。その構成において、より早期の昇温を実現するために、タービンとＳＣＲ触媒との間に酸化触媒(例えば、ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst)を配置しない構成も知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６２７０２４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

エンジンからの排気には、窒素酸化物のほか、硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれる。これがＳＣＲ触媒の表面等に付着すると還元効果が低下するため、その除去（以下、脱硫ともいう）が必要とされている。

【0006】

脱硫では、排気を十分に昇温させると、脱硫速度が上がるため、有利である。しかし、脱硫で許容される上限温度は、タービンの耐久性と安全性を確保可能な温度よりも大きい。そのため、上限温度まで排気を昇温させると、タービンの耐久性と安全性を確保できなくなってしまう。

【0007】

このようなことから、上述した従来の構成では、タービンの耐久性と安全性を確保可能な温度を超えないように排気の昇温制御が行われており、その結果として、脱硫速度が低下してしまっていた。

【0008】

本開示の一態様の目的は、タービンの耐久性と安全性を確保しつつ、脱硫速度の低下を抑制することができる排気制御装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一態様に係る排気制御装置は、エンジンからの排気が流れる排気通路において、ターボチャージャのタービンの下流側にＮＯｘ浄化触媒が設けられ、前記タービンと前記ＮＯｘ浄化触媒との間に酸化触媒が設けられていない排気系で用いられる排気制御装置であって、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を第１設定温度以上に昇温させ、前記タービンの出口側の排気の温度を前記第１設定温度より高い第２設定温度以下に維持し、前記ＮＯｘ浄化触媒における脱硫反応に寄与する還元ガスを発生させる制御を実行する制御部と、前記エンジンの動作中におけるエンジン回転数およびエンジントルクに基づいて、前記エンジン回転数と前記エンジントルクとに応じて予め定められた複数の領域のうちのどの領域に相当するかを判定する判定部と、を有し、前記制御部は、判定された前記領域に基づいて、前記制御の内容を変更する。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、タービンの耐久性と安全性を確保しつつ、脱硫速度の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の実施の形態に係るエンジンの構成例を模式的に示す図

【図2】本開示の実施の形態に係る排気制御装置の構成例を模式的に示す図

【図3】本開示の実施の形態に係る複数の領域の例を模式的に示す図

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【0013】

図１を用いて、本実施の形態のエンジン１の構成について説明する。図１は、本実施の形態のエンジン１の構成例を模式的に示す図である。

【0014】

エンジン１は、移動体（例えば、自動車、船舶等）に搭載されてもよいし、定置式でもよい。

【0015】

図１に示すように、エンジン１は、エンジン本体２のほかに、吸気通路１０と、排気通路２０と、ターボチャージャ３０と、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置４０と、を備える。なお、吸気通路１０および排気通路２０の中に図示した各矢印は、空気（吸気、排気）の流れを示している。

【0016】

吸気通路１０へ吸入された空気は、ターボチャージャ３０のコンプレッサ３１により圧縮され、インタークーラ１１で冷却され、インテークスロットルバルブ１２によって流量を調整されて、インテークマニホールド１３を経てエンジン本体２に供給される。

【0017】

図示は省略しているが、エンジン本体２には、各気筒に対して燃料の噴射（例えば、メイン噴射、アフター噴射等）を行う燃料噴射装置が設けられている。なお、本実施の形態では、エンジン本体２がディーゼルエンジンである場合を例に挙げて説明するが、これに限定されない。

【0018】

エンジン本体２から排出された排気は、エキゾーストマニホールド２１から排気通路２０へ排出される。排気通路２０へ排出された排気の一部は、ＥＧＲ装置４０（具体的には、ＥＧＲ上流側通路４１）へ流入する。なお、以下では、ＥＧＲ装置４０へ流入した排気を「ＥＧＲガス」という。

【0019】

ＥＧＲ装置４０は、ＥＧＲ上流側通路４１、ＥＧＲクーラ４２、ＥＧＲ下流側通路４３、ＥＧＲバルブ４４を含む。

【0020】

上流側通路４１へ流入したＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ４２によって冷却された後、ＥＧＲ下流側通路４３を流れ、ＥＧＲバルブ４４によって流量を調整されて、吸気通路１０へ環流される。ＥＧＲ下流側通路４３と吸気通路１０とは、インテークスロットルバルブ１２よりも下流側において連通している。

【0021】

一方、ＥＧＲ上流側通路４１へ分流しなかった排気は、ターボチャージャ３０のタービン３２へ流入し、タービン３２を回転駆動させる。

【0022】

その後、排気は、タービン３２の下流側に設けられたエキゾーストブレーキバルブ２３、排気中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒５０（ＮＯｘ浄化触媒の一例）を経て、大気中へ放出される。

【0023】

図示は省略しているが、エキゾーストブレーキバルブ２３の下流側かつＳＣＲ触媒５０の上流側には、排気通路２０内に、還元剤としての尿素水を噴射する尿素水インジェクタが設けられている。排気通路２０内に噴射された尿素水からはアンモニアが発生し、このアンモニアがＳＣＲ触媒５０に供給される。これにより、ＳＣＲ触媒５０において、排気中のＮＯｘが窒素に還元される。

【0024】

また、図１に示すように、タービン３２よりも下流側の排気通路２０において、タービン３２とＳＣＲ触媒５０との間には、触媒等（例えば、ＤＯＣ）は設けられていない。

【0025】

なお、ＳＣＲ触媒５０の下流側に、さらに、触媒（例えば、ＳＣＲ触媒）やフィルタ（例えば、ディーゼル微粒子捕集フィルタ）等が設けられてもよい。

【0026】

以上、エンジン１の構成について説明した。

【0027】

次に、図２を用いて、排気制御装置１００の構成について説明する。図２は、排気制御装置１００の構成例を模式的に示す図である。

【0028】

なお、図示は省略するが、排気制御装置１００は、ハードウェアとして、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの主記憶装置、コンピュータプログラムを格納したハードディスク、フラッシュメモリなどの補助記憶装置、それらを接続するバス等を有する。以下に説明する排気制御装置１００の機能は、ＣＰＵが補助記憶装置から読み出したコンピュータプログラムを主記憶装置のＲＡＭに展開して実行することにより実現される。

【0029】

排気制御装置１００は、判定部１１０と、制御部１２０とを有する。

【0030】

判定部１１０は、エンジン１の動作中におけるエンジン回転数およびエンジントルクを取得し、それらに基づいて、予め定められた複数の領域のうちのどの領域に相当するかを判定する。

【0031】

なお、判定部１１０が取得するエンジン回転数およびエンジントルクは、例えば、図示しないセンサで検知された値であってもよいし、それ以外の方法で算出された値であってもよい。

【0032】

ここで、図３を用いて、予め定められた複数の領域の具体例について説明する。図３は、複数の領域の一例を模式的に示す図である。図３において、縦軸はエンジントルクを示し、横軸はエンジン回転数を示す。

【0033】

図３に示すように、領域Ａ、Ｂ、Ｃは、エンジン回転数とエンジントルクとに応じて定められている。領域Ａは、エンジン回転数に関わらず、エンジントルクが第１閾値ａ以上の領域である（第１領域の一例）。領域Ｂは、エンジントルクが第１閾値ａ未満であり、かつ、エンジン回転数が第２閾値ｂ未満の領域である（第２領域の一例）。領域Ｃは、エンジントルクが第１閾値ａ未満であり、かつ、エンジン回転数が第２閾値ｂ以上の領域である（第３領域の一例）。

【0034】

このような領域Ａ～Ｃを示すデータ（例えば、マップデータ）は、判定部１１０にとって既知である。

【0035】

なお、以下では、判定部１１０によって判定された領域を「判定領域」という。

【0036】

制御部１２０は、インテークスロットルバルブ１２、エキゾーストブレーキバルブ２３、およびＥＧＲバルブ４４それぞれの開度を調整したり、燃料噴射装置を動作させたりすることにより、排気を昇温させるとともに、還元ガス（例えば、一酸化炭素を含むガス）を発生させる。

【0037】

具体的には、制御部１２０は、ＳＣＲ触媒５０の温度を第１設定温度（例えば、５００度）以上に昇温させ、タービン３２の出口側の排気の温度を第１設定温度より高い第２設定温度（例えば、７００度）以下に維持し、ＳＣＲ触媒５０における脱硫反応に寄与する還元ガスを発生させる制御を実行する。

【0038】

第２設定温度は、例えば、タービン３２の耐久性と安全性が確保される（換言すれば、タービン３２に不具合が発生しない）上限の温度である。

【0039】

また、制御部１２０は、判定領域に基づいて、上述した制御の内容を変更する。

【0040】

例えば、判定領域が領域Ａである場合、制御部１２０は、アフター噴射、インテークスロットルバルブ１２の絞り、メイン噴射の噴射タイミングの遅角、および、ＥＧＲバルブ４４の絞りを制御する。

【0041】

例えば、判定領域が領域Ｂである場合、制御部１２０は、アフター噴射、インテークスロットルバルブ１２の絞り、メイン噴射の噴射タイミングの遅角、および、エキゾーストブレーキバルブ２３の絞りを制御する。

【0042】

例えば、判定領域が領域Ｃである場合、制御部１２０は、アフター噴射、インテークスロットルバルブ１２の絞り、および、メイン噴射の噴射タイミングの遅角を制御する。

【0043】

なお、制御部１２０は、インテークスロットルバルブ１２の絞り、エキゾーストブレーキバルブ２３の絞り、および、ＥＧＲバルブ４４の絞りにおいて、エンジントルクが低下しないようにバルブの開度を小さくする。また、メイン噴射の噴射タイミングの遅角において、遅角量は、予め定められたマップ（エンジン回転数とエンジントルクに応じて遅角量が定められたデータ）に基づいて決定される。

【0044】

以上、排気制御装置１００の構成について説明した。

【0045】

以上説明したように、本実施の形態の排気制御装置１００は、エンジン本体２からの排気が流れる排気通路２０において、ターボチャージャ３０のタービン３２の下流側にＳＣＲ触媒５０が設けられ、タービン３２とＳＣＲ触媒５０との間に酸化触媒が設けられていない排気系で用いられる排気制御装置であって、ＳＣＲ触媒５０の温度を第１設定温度以上に昇温させ、タービン３２の出口側の排気の温度を第１設定温度より高い第２設定温度以下に維持し、ＳＣＲ触媒５０における脱硫反応に寄与する還元ガスを発生させる制御を実行する制御部１２０と、エンジン本体２の動作中におけるエンジン回転数およびエンジントルクに基づいて、エンジン回転数とエンジントルクとに応じて予め定められた複数の領域のうちのどの領域に相当するかを判定する判定部１１０と、を有し、制御部１２０は、判定された領域に基づいて、制御の内容を変更することを特徴とする。

【0046】

この特徴により、エンジン回転数とエンジントルクに応じて、排気の昇温と還元ガスの発生の両方を実現することができる。すなわち、タービンの耐久性と安全性を確保しつつ、脱硫速度の低下を抑制することができる。

【0047】

なお、本開示は、上記実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0048】

本開示の排気制御装置は、ＮＯｘ浄化触媒の脱硫に有用である。

【符号の説明】

【0049】

１ エンジン
２ エンジン本体
１０ 吸気通路
１１ インタークーラ
１２ インテークスロットルバルブ
１３ インテークマニホールド
２０ 吸気通路
２１ エキゾーストマニホールド
２３ エキゾーストブレーキバルブ
３０ ターボチャージャ
３１ コンプレッサ
３２ タービン
４０ ＥＧＲ装置
４１ ＥＧＲ上流側通路
４２ ＥＧＲクーラ
４３ ＥＧＲ下流側通路
４４ ＥＧＲバルブ
５０ ＳＣＲ触媒
１００ 排気制御装置
１１０ 判定部
１２０ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】