JP2019190415A - Exhaust emission control device and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、排気浄化装置および車両に関する。 The present disclosure relates to an exhaust purification device and a vehicle.
従来、内燃機関の排気系において、排気管に設けられたタービンと、タービンの下流側に設けられた排気浄化触媒とを有する排気浄化装置が知られている。例えば、特許文献1には、排気管のタービンよりも上流側の部位と、タービンと排気浄化触媒との間の部位とを接続し、排気圧に応じて開閉するバイパス経路部が設けられた構成が開示されている。 Conventionally, in an exhaust system of an internal combustion engine, an exhaust purification device having a turbine provided in an exhaust pipe and an exhaust purification catalyst provided downstream of the turbine is known. For example, Patent Document 1 includes a bypass path portion that connects a portion of the exhaust pipe upstream of the turbine and a portion between the turbine and the exhaust purification catalyst, and opens and closes according to the exhaust pressure. Is disclosed.
また、排気浄化触媒として、内燃機関で生じた排気ガスに含まれる窒素酸化物(以下、「NOx」という)を還元処理するNOx選択還元型触媒が知られている。NOx選択還元型触媒は、排気管内に供給された前駆体(例えば、尿素水)から発生した還元剤(例えば、アンモニア)を吸着し、吸着したアンモニアにより排気ガスに含まれるNOxを還元する。 As an exhaust purification catalyst, a NOx selective reduction type catalyst that performs a reduction treatment of nitrogen oxides (hereinafter referred to as “NOx”) contained in exhaust gas generated in an internal combustion engine is known. The NOx selective reduction catalyst adsorbs a reducing agent (for example, ammonia) generated from a precursor (for example, urea water) supplied into the exhaust pipe, and reduces the NOx contained in the exhaust gas by the adsorbed ammonia.
しかしながら、例えば、内燃機関の冷間始動時においては、排気ガスの温度が、NOx選択還元型触媒が活性化領域となる活性温度に達しない場合がある。特に、タービンを有する構成の場合、排熱エネルギーをタービンインペラの回転エネルギーに変換するため、タービンを通過した排気ガスの温度が低下し、排気ガスの温度がさらに昇温しにくい。そのため、NOx選択還元型触媒において排気ガス中のNOxを還元処理できず、当該NOxが大気に排出されるという問題が生じる。 However, for example, at the time of cold start of the internal combustion engine, the temperature of the exhaust gas may not reach the activation temperature at which the NOx selective reduction catalyst becomes the activation region. In particular, in the case of a configuration having a turbine, the exhaust heat energy is converted into the rotational energy of the turbine impeller, so the temperature of the exhaust gas that has passed through the turbine is lowered, and the temperature of the exhaust gas is more difficult to increase. Therefore, NOx in the exhaust gas cannot be reduced in the NOx selective reduction catalyst, and there arises a problem that the NOx is discharged to the atmosphere.
本開示の目的は、排気ガスの低温時においても、排気ガス中のNOxが大気に排出されることを抑制することが可能な排気浄化装置および車両を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide an exhaust emission control device and a vehicle that can prevent NOx in exhaust gas from being discharged into the atmosphere even when the exhaust gas is at a low temperature.
本開示に係る排気浄化装置は、
内燃機関で発生した排気ガスが流れる排気管と、
前記排気管に設けられ、過給機の一部を構成するタービンと、
前記排気ガスの排気方向における前記タービンよりも下流側に設けられ、前記排気ガスの温度が活性温度である場合に前記排気ガス中の窒素酸化物の還元を促進するNOx選択還元型触媒と、
前記排気管において、前記タービンよりも前記排気方向の上流側の第1部位と、前記タービンと前記NOx選択還元型触媒との間の第2部位と、を接続するバイパス経路部と、
前記バイパス経路部に流れる前記排気ガスの流量を調整する調整部と、
前記排気ガスの温度に応じて、前記バイパス経路部に流れる前記排気ガスの流量を調整するように前記調整部を制御する制御部と、
を備える。
An exhaust emission control device according to the present disclosure includes:
An exhaust pipe through which exhaust gas generated in the internal combustion engine flows;
A turbine provided in the exhaust pipe and constituting a part of the supercharger;
A NOx selective reduction catalyst that is provided downstream of the turbine in the exhaust direction of the exhaust gas and promotes reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas when the temperature of the exhaust gas is an active temperature;
In the exhaust pipe, a bypass path portion connecting a first part upstream of the turbine in the exhaust direction and a second part between the turbine and the NOx selective reduction catalyst;
An adjusting unit that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass path unit;
A control unit that controls the adjusting unit to adjust the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass path unit according to the temperature of the exhaust gas;
Is provided.
本開示に係る車両は、
上記した排気浄化装置を備える。
The vehicle according to the present disclosure is
The above-described exhaust purification device is provided.
本開示によれば、排気ガスの低温時においても、排気ガス中のNOxが大気に排出されることを抑制することができる。 According to the present disclosure, it is possible to suppress NOx in the exhaust gas from being discharged to the atmosphere even when the exhaust gas is at a low temperature.
以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本開示の実施の形態に係る排気浄化装置100が適用された内燃機関1の排気系を示す概略構成図である。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail based on the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an exhaust system of an internal combustion engine 1 to which an
図1に示すように、内燃機関1は、車両Vに搭載される、例えばディーゼルエンジンであり、内燃機関1で生じた排気ガスを大気中に導くための排気浄化装置100が設けられている。排気浄化装置100は、排気管110と、タービン120と、バイパス経路部130と、調整部140と、温度検出部150と、制御部300とを備えている。
As shown in FIG. 1, the internal combustion engine 1 is a diesel engine, for example, mounted on a vehicle V, and is provided with an
排気管110では、内燃機関1から生じた排気ガスが流れる。排気管110には、排気ガスが流れる方向(図示左から右へ向かう方向、以下、「排気方向」という)の上流側から順に、タービン120、酸化触媒210、NOx選択還元型触媒220、アンモニアスリップ触媒230等が設けられている。
In the
酸化触媒210は、排気ガス中の一酸化窒素(NO)等を酸化させて二酸化窒素(NO2)を生成することで、NOx選択還元型触媒220の浄化性能を向上させる。
The
NOx選択還元型触媒220は、排気管110における酸化触媒210の下流側に配置され、図示しない尿素水噴射部により噴射された尿素水に基づいて生成されたアンモニアを吸着する。NOx選択還元型触媒220は、排気ガスの温度が活性温度のとき、吸着したアンモニアと、自身を通過する排気ガス中に含まれるNOxとを反応させることで、当該NOxを還元する。活性温度は、NOx選択還元型触媒220が活性化領域となる温度である。
The NOx
アンモニアスリップ触媒230は、排気方向におけるNOx選択還元型触媒220の下流側に位置しており、NOx選択還元型触媒220で使用されず、スリップしたアンモニアを分解して、アンモニアが車両V外に排出されるのを防止する。なお、本実施の形態では、アンモニアスリップ触媒230は、排気管110において、NOx選択還元型触媒220とは別のケースに収容されているが、本開示はこれに限定されず、NOx選択還元型触媒220と同じケースに収容されていても良い。
The
タービン120は、過給機の一部を構成しており、排気管110に設けられている。タービン120は、図示しないタービンインペラが、内燃機関1から排出された排気ガスにより回転する。また、タービン120は、過給機の他部を構成する、図示しない圧縮機と接続されている。圧縮機のコンプレッサインペラとタービンインペラとがシャフトにより一体に回転することで、吸気管から送り込まれる外気がコンプレッサインペラの回転により過給されて内燃機関1に送り込まれる。
The
バイパス経路部130は、排気管110においてタービン120よりも排気方向の上流側の第1部位111と、タービン120とNOx選択還元型触媒220との間の第2部位112とを接続する。第2部位112は、排気管110における、酸化触媒210とNOx選択還元型触媒220との間の部位である。
The
調整部140は、バイパス経路部130に流れる排気ガスのバイパス流量を調整可能なバルブである。調整部140が制御部300によって制御されることで、排気管110の排気ガスがバイパス経路部130に流れる。
The
温度検出部150は、排気管110のタービン120と酸化触媒210との間の部位に設けられ、排気方向におけるNOx選択還元型触媒220よりも上流側の排気ガスの温度を検出する。
The
制御部300は、例えば電子制御ユニットであり、図示しないCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)および入出力回路を備えている。制御部300は、予め設定されたプログラムに基づいて、調整部140を介してバイパス経路部130に流れる排気ガスの流量を制御するように構成されている。
The
制御部300は、温度検出部150により検出された排気ガスの温度に応じて、NOx選択還元型触媒220におけるNOxの還元処理が促進されるように調整部140を制御する。具体的には、制御部300は、温度検出部150の検出結果に基づいて、排気ガスの温度が活性温度未満である場合、バイパス経路部130に排気ガスを流すように調整部140を制御する。なお、ここでいう「排気ガスの温度が活性温度未満である」とは、活性温度の範囲のうち、最低温度となる活性温度より低い温度のことをいう。
The
排気ガスの温度が活性温度未満である場合、NOx選択還元型触媒220における還元処理が行われにくいので、還元処理が行われなかったNOxが大気に排出されやすくなる。特に、タービン120を有する構成の場合、タービン120を排気ガスが通過することで、排気ガスの排熱エネルギーがタービンインペラの回転エネルギーに変換されるので、排気ガスの温度が低下しやすい。
When the temperature of the exhaust gas is lower than the activation temperature, it is difficult to perform the reduction process in the NOx
そのため、本実施の形態では、制御部300は、排気ガスの温度が活性温度未満である場合、バイパス経路部130に排気ガスを流すように調整部140を制御する。これにより、タービン120を通過していない、すなわち温度が低下していない排気ガスが直接的にNOx選択還元型触媒220に送り込まれる。この排気ガスはタービン120に起因する温度低下の影響を受けないので、当該排気ガスの熱をもって、NOx選択還元型触媒220によるNOxの還元処理が促進され、ひいてはNOxが大気に排出されることを抑制することができる。
Therefore, in the present embodiment, the
また、制御部300は、排気ガスの温度が活性温度以上である場合、バイパス経路部130に排気ガスを流さないように調整部140を制御する。排気ガスの温度が活性温度以上である場合、排気ガスの温度が十分に昇温した状態であるため、NOx選択還元型触媒220にバイパス経路部130を介して排気ガスを送り込む必要がなくなる。そのため、上記のように制御することで、無駄にバイパス経路部130に排気ガスが流されることを抑制することができる。また、バイパス経路部130に排気ガスの一部が流れることによるタービン120の回転駆動力の低下を抑制することができる。
In addition, when the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than the activation temperature, the
また、制御部300は、バイパス経路部130に排気ガスを流す際、内燃機関1の動作状態に応じて、バイパス経路部130に排気ガスの一部を流し、かつ、タービン120に残りの排気ガスを流すように調整部140を制御する。このとき、制御部300は、バイパス経路部130に流れる排気ガスの流量が、タービン120に流れる排気ガスの流量よりも多くなるように調整部140を制御する。
In addition, when the exhaust gas flows through the
例えば、車両Vが走行しているとき、排気ガスの全部がバイパス経路部130に流れていると、タービン120側に排気ガスが送り込まれないので、過給機による過給が行われなくなる。そのため、このようなときには、バイパス経路部130に排気ガスの一部を流し、かつ、タービン120に残りの排気ガスを流すようにすることで、NOx選択還元型触媒220を、タービン120を介さない排気ガスによって熱しつつ、タービン120のタービンインペラを回転させて過給機における過給を行わせることができる。
For example, when the vehicle V is traveling, if all of the exhaust gas flows into the
また、この場合、バイパス経路部130に流れる排気ガスの流量は、タービン120に流れる排気ガスの流量よりも多いので、NOx選択還元型触媒220付近の温度を昇温させやすくし、ひいては還元処理の効率を向上させることができる。
In this case, the flow rate of the exhaust gas flowing through the
以上のように構成された排気浄化装置100における調整制御の動作例について説明する。図2は、排気浄化装置100における調整制御の動作例を示すフローチャートである。図2の処理は、例えば、車両Vの走行中において、適宜実行される。
An operation example of the adjustment control in the exhaust
図2に示すように、制御部300は、排気ガスの温度が活性温度未満であるか否かについて判定する(ステップS101)。判定の結果、排気ガスの温度が活性温度以上である場合(ステップS101、NO)、処理はステップS104に遷移する。一方、排気ガスの温度が活性温度未満である場合(ステップS101、YES)、制御部300は、排気ガスの一部をバイパス経路部130に流すように調整部140を制御する(ステップS102)。
As shown in FIG. 2, the
次に、制御部300は、排気ガスの温度が活性温度以上であるか否かについて判定する(ステップS103)。判定の結果、排気ガスの温度が活性温度未満である場合(ステップS103、NO)、ステップS103の処理が繰り返される。一方、排気ガスの温度が活性温度以上である場合(ステップS103、YES)、制御部300は、排気ガスをバイパス経路部130に流さないように調整部140を制御する(ステップS104)。ステップS104の後、本制御は終了する。
Next, the
以上のように構成された本実施の形態によれば、排気ガスの温度が活性温度未満である場合、排気ガスの一部がバイパス経路部130に流される。排気管110におけるタービン120側の経路では、タービン120を排気ガスが通過することで、排気ガスの排熱エネルギーがタービンインペラの回転エネルギーに変換されるので、排気ガスの温度が低下して活性温度まで上がりにくい。
According to the present embodiment configured as described above, when the temperature of the exhaust gas is lower than the activation temperature, a part of the exhaust gas is caused to flow through the
そのため、NOx選択還元型触媒220における還元処理が行われにくくなるが、本実施の形態では、そのようなとき、バイパス経路部130により、タービン120を通過する前の排気ガスがNOx選択還元型触媒220に送り込まれる。その結果、NOx選択還元型触媒220付近が当該排気ガスによって昇温するので、NOx選択還元型触媒220における還元処理が促進される。その結果、タービンによる排気ガスの温度低下に起因して、NOxが大気に排出されることを抑制することができる。
Therefore, the reduction process in the NOx
ところで、タービン120の上流側で排気管110に接続されるバイパス経路部130に排気ガスを流す場合、全ての排気ガスをバイパス経路部130に流してしまうと、タービン120側に排気ガスが流れない。そのため、タービンインペラが排気ガスを利用して回転できないため、過給機における過給ができなくなるおそれがある。
By the way, when exhaust gas flows through the
しかし、本実施の形態では、バイパス経路部130に排気ガスの一部を流し、タービン120側には、その残りの排気ガスを流すため、当該排気ガスによりタービン120のタービンインペラを回転させることができる。その結果、過給機によって過給させることができる。
However, in the present embodiment, a part of the exhaust gas flows through the
また、排気ガスの温度が活性温度未満のときにおける、バイパス経路部130における排気ガスの流量は、タービン120側に流れる排気ガスの流量よりも多い。このようにすることで、過給機における過給を行わせつつ、NOx選択還元型触媒220付近の温度を効率よく昇温させることができる。
Further, when the temperature of the exhaust gas is lower than the activation temperature, the flow rate of the exhaust gas in the
なお、上記実施の形態では、温度検出部150によって排気ガスの温度を検出していたが、本開示はこれに限定されず、例えば、内燃機関1が始動してからの経過時間に基づいて排気ガスの温度を推定するようにしても良い。
In the embodiment described above, the temperature of the exhaust gas is detected by the
また、上記実施の形態では、バイパス経路部130が、排気管110の酸化触媒210とNOx選択還元型触媒220との間の部位に接続されていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、図3に示すように、バイパス経路部130が、排気管110のタービン120と酸化触媒210との間の部位に接続されていても良い。ただし、酸化触媒210を排気ガスが通過することで多少排気ガスの温度が低下することが考えられるので、NOx選択還元型触媒220における還元処理促進の観点から、バイパス経路部130から直接排気ガスがNOx選択還元型触媒220に供給される図1の構成であることが好ましい。
In the above embodiment, the
また、上記実施の形態では、排気ガスの一部をバイパス経路部130に流していたが、本開示はこれに限定されず、例えば、アイドリング時のような過給機における過給が必要ないようなとき等、必要に応じて排気ガスの全部をバイパス経路部130に流すようにしても良い。
Further, in the above-described embodiment, a part of the exhaust gas is allowed to flow to the
また、上記実施の形態における排気浄化装置100は、ディーゼルエンジンを搭載した車両Vに搭載されていたが、本開示はこれに限定されず、例えば、ガソリンエンジンを搭載した車両に搭載されていても良い。
Moreover, although the exhaust
その他、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 In addition, each of the above-described embodiments is merely an example of implementation in carrying out the present disclosure, and the technical scope of the present disclosure should not be construed in a limited manner. That is, the present disclosure can be implemented in various forms without departing from the gist or the main features thereof.
本開示の排気浄化装置は、排気ガスの低温時においても、排気ガス中のNOxが大気に排出されることを抑制することが可能な排気浄化装置および車両として有用である。 The exhaust purification device of the present disclosure is useful as an exhaust purification device and a vehicle that can suppress NOx in the exhaust gas from being discharged into the atmosphere even at a low temperature of the exhaust gas.
1 内燃機関
100 排気浄化装置
110 排気管
120 タービン
130 バイパス経路部
140 調整部
150 温度検出部
210 酸化触媒
220 NOx選択還元型触媒
230 アンモニアスリップ触媒
300 制御部
V 車両
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記排気管に設けられ、過給機の一部を構成するタービンと、
前記排気ガスの排気方向における前記タービンよりも下流側に設けられ、前記排気ガスの温度が活性温度である場合に、前記排気ガス中の窒素酸化物の還元を促進するNOx選択還元型触媒と、
前記排気管において、前記タービンよりも前記排気方向の上流側の第1部位と、前記タービンと前記NOx選択還元型触媒との間の第2部位と、を接続するバイパス経路部と、
前記バイパス経路部に流れる前記排気ガスの流量を調整する調整部と、
前記バイパス経路部に設けられ、前記バイパス経路部を流れる前記排気ガスに前記窒素酸化物を還元する還元剤を供給する還元剤供給部と、
を備える排気浄化装置。 An exhaust pipe through which exhaust gas generated in the internal combustion engine flows;
A turbine provided in the exhaust pipe and constituting a part of the supercharger;
A NOx selective reduction catalyst that is provided downstream of the turbine in the exhaust direction of the exhaust gas and promotes reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas when the temperature of the exhaust gas is an activation temperature;
In the exhaust pipe, a bypass path portion connecting a first part upstream of the turbine in the exhaust direction and a second part between the turbine and the NOx selective reduction catalyst;
An adjusting unit that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass path unit;
A reducing agent supply unit that is provided in the bypass path part and supplies a reducing agent that reduces the nitrogen oxides to the exhaust gas flowing through the bypass path part;
An exhaust purification device comprising:
請求項1に記載の排気浄化装置。 The position of the reducing agent supply unit is a position closer to the first part than the second part in the bypass path part.
The exhaust emission control device according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載の排気浄化装置。 When the temperature of the exhaust gas is lower than the activation temperature, the controller includes a control unit that controls the adjustment unit so that the exhaust gas flows through the bypass path unit.
The exhaust emission control device according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の排気浄化装置。 The control unit controls the reducing agent supply unit according to the amount of adsorption of the reducing agent in the NOx selective reduction catalyst.
The exhaust emission control device according to claim 3.
前記第2部位は、前記酸化触媒と前記NOx選択還元型触媒との間の部位である、
請求項1〜4の何れか1項に記載の排気浄化装置。 An oxidation catalyst provided between the turbine and the NOx selective reduction catalyst in the exhaust pipe;
The second part is a part between the oxidation catalyst and the NOx selective reduction catalyst.
The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 4.
車両。
The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 5 is provided.
vehicle.
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