JP2021049903A - 排気システム及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】開閉部材の状態に応じて発熱部材を適切に発熱させる。【解決手段】排気システムは、エンジンの排気ガスが流れる排気通路と、排気通路に設けた発熱部材８０を発熱させる発熱制御部１２１と、開位置と閉位置の間で移動して、外気がエンジンの周囲へ流入する開口部を開閉可能なグリルシャッター７５と、グリルシャッター７５が開位置から閉位置へ移動しない故障状態か否かを判定する状態判定部１２３と、故障状態であると判定された場合に発熱制御部１２１が発熱部材８０を発熱させる発熱制御と、故障状態ではないと判定された場合に発熱制御部１２２が発熱部材８０を発熱させる発熱制御とを異ならせる発熱調整部１２４とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、排気システム及び車両に関する。

車両には、エンジンの排気ガスが流れる排気通路を有する排気システムが搭載されている。排気システムには、例えば排気ガスを浄化させるために発熱部材が設けられており、所定の発熱制御が行われている。
また、近年、グリルからエンジンルームへ導く走行風の風量を調整する開閉可能な開閉部材（具体的には、グリルシャッター）を設けることが提案されている。

特開２０１８−３０４２９号公報

ところで、開閉部材が故障して、開状態のまま閉じないことが想定されうる。この場合、排気通路の排気ガスの状態等が正常時とは異なるため、発熱部材が予め定まった特定の発熱制御を行うと、不具合が発生するおそれがある。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、開閉部材の状態に応じて発熱部材を適切に発熱させることを目的とする。

本発明の第１の態様においては、内燃機関の排気ガスが流れる排気通路と、前記排気通路に設けた発熱部材を発熱させる発熱制御部と、開位置と閉位置の間で移動して、外気が前記内燃機関の周囲へ流入する開口部を開閉可能な開閉部材と、前記開閉部材が前記開位置から前記閉位置へ移動しない故障状態か否かを判定する状態判定部と、前記故障状態であると判定された場合に前記発熱制御部が前記発熱部材を発熱させる発熱制御と、前記故障状態ではないと判定された場合に前記発熱制御部が前記発熱部材を発熱させる発熱制御とを異ならせる発熱調整部と、を備える、排気システムを提供する。

また、前記発熱調整部は、前記故障状態であると判定された場合の前記発熱部材の発熱を開始する迄の待ち時間を、前記故障状態ではないと判定された場合の前記待ち時間よりも長くすることとしてもよい。

また、前記排気システムは、前記排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを更に備え、前記発熱部材は、前記ＮＯｘセンサをセンサ動作温度に昇温させるヒータであることとしてもよい。

また、前記発熱調整部は、前記故障状態であると判定された場合の前記発熱部材を発熱させる発熱時間を、前記故障状態ではないと判定された場合の前記発熱時間よりも長くすることとしてもよい。

また、前記排気システムは、前記排気ガスを還元剤で浄化させるための還元触媒を更に備え、前記発熱部材は、前記還元触媒を昇温させるヒータであることとしてもよい。

本発明の第２の態様においては、内燃機関と、前記排気システムとを有する車両を提供する。

本発明によれば、開閉部材の状態に応じて発熱部材を適切に発熱できるという効果を奏する。

一の実施形態に係る排気システムＳの構成を示す模式図である。 グリル７０及びグリルシャッター７５の構成を説明するための模式図である。 制御装置１００の詳細構成を示すブロック図である。 制御装置１００の動作例を説明するためのフローチャートである。

＜排気システムの構成＞
図１を参照しながら、本発明の一の実施形態に係る排気システムＳの構成について説明する。

図１は、一の実施形態に係る排気システムＳの構成を示す模式図である。図１に示すように、排気システムＳは、エンジン１０と、排気通路２０と、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）３０と、尿素水噴射装置４０と、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction；選択還元触媒）装置５０と、ＮＯｘセンサ６０、６５と、制御装置１００とを有する。

エンジン１０は、燃料と吸気（空気）の混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる内燃機関である。エンジン１０は、ここでは４気筒のディーゼルエンジンであるが、これに限定されず、４気筒以外のエンジンであってもよい。

排気通路２０は、エンジン１０と接続された排気管であり、エンジン１０の排気ガスを車両の外部へ排出させる。排気ガスが流れる排気通路２０には、ＤＰＦ３０、尿素水噴射装置４０及びＳＣＲ装置５０が設けられている。

ＤＰＦ３０は、排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタである。ＤＰＦ３０は、例えば、金属やセラミックス製のハニカム体で構成されている。

尿素水噴射装置４０は、ＤＰＦ３０とＳＣＲ装置５０の間に設けられており、排気通路２０内に尿素水を噴射する。尿素水噴射装置４０が噴射した尿素水は、排気通路２０を流れる排気ガスの熱によって加水分解し、アンモニアが生成される。アンモニアは、排気ガス中のＮＯｘの還元反応を起こすために用いられる。

尿素水噴射装置４０は、図１に示すように、噴射部４１と、タンク４２と、供給管４３と、ポンプ４４とを有する。噴射部４１は、尿素水を排気通路２０内に噴射する。タンク４２は、尿素水を収容する収容部である。供給管４３は、タンク４２と噴射部４１を繋いでいる管であり、尿素水が流れる流路となっている。ポンプ４４は、タンク４２から噴射部４１へ向けて尿素水を供給する。

ＳＣＲ装置５０は、排気ガス中のＮＯｘを還元反応によって無害な窒素に変換する装置である。ＳＣＲ装置５０は、アンモニアとＮＯｘの還元反応を促進させる還元触媒５２を有する。還元触媒５２には、尿素水から生成されたアンモニアが吸着される。還元触媒５２は、吸着したアンモニアによってＮＯｘを窒素と水に還元し、ＮＯｘの排出を低減させる。

ＮＯｘセンサ６０、６５は、排気ガス中のＮＯｘの濃度を検出する。ＮＯｘセンサ６０は、排気通路２０においてＳＣＲ装置５０の上流側に設けられ、ＮＯｘセンサ６５は、ＳＣＲ装置５０の下流側に設けられている。

制御装置１００は、排気システムＳの動作を制御する。例えば、制御装置１００は、排気通路２０に設けた発熱部材８０（図３）の発熱を制御する。

図１には説明の便宜上示していないが、エンジン１０の前方（すなわち、車両の前面）には、外気が流入可能となるようにグリルが設けられている。また、グリルには、外気の流入を調整できるようにグリルシャッターが設けられている。

図２は、グリル７０及びグリルシャッター７５の構成を説明するための模式図である。
グリル７０は、空気が流入する開口部７２を有する。例えば、車両が走行している際には、走行風が開口部７２からエンジンルーム１２（エンジン１０の周囲）に流入する。なお、エンジンルーム１２に流入した走行風は、尿素水噴射装置４０の周囲を通過する。この際、例えば、タンク４２や供給管４３内の尿素水の温度は、走行風によって低下する。

グリルシャッター７５は、開口部７２を開閉する開閉部材である。グリルシャッター７５は、図２（ａ）に示す開位置と、図２（ｂ）に示す閉位置の間で移動する。グリルシャッター７５が開位置に位置する際には、外気が、図２（ａ）の矢印で示すように開口部７２を通過してエンジンルーム１２に流入する。これにより、例えば、エンジンルーム１２内のインタークーラ１４による冷却効率を高められる。一方で、グリルシャッター７５が閉位置に位置する際には、開口部７２の開口が塞がり外気がエンジンルーム１２に流入しないので、車両の走行時の空気抵抗を減らすことができる。

ところで、グリルシャッター７５が故障して、開位置のまま閉じないことが想定されうる。この場合、制御装置１００は、詳細は後述するが、グリルシャッター７５が開位置から閉位置へ移動しない故障状態である場合に発熱部材８０を発熱させる発熱制御と、故障状態ではない場合に発熱部材８０を発熱させる発熱制御とを異ならせる。これにより、グリルシャッター７５の状態に応じた発熱制御を行うことで、単一の発熱制御のみを実行することによる不具合の発生を抑制できる。

＜制御装置の詳細構成＞
図３を参照しながら、制御装置１００の詳細構成の一例について説明する。
図３は、制御装置１００の詳細構成を示すブロック図である。制御装置１００は、記憶部１１０と、制御部１２０とを有する。

記憶部１１０は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。記憶部１１０は、制御部１２０が実行するためのプログラムや各種データを記憶する。

制御部１２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部１２０は、記憶部１１０に記憶されたプログラムを実行することにより、排気浄化システムＳの動作を制御する。本実施形態では、制御部１２０は、発熱制御部１２１と、シャッター制御部１２２と、状態判定部１２３と、発熱調整部１２４として機能する。

発熱制御部１２１は、排気通路２０に設けた発熱部材８０の発熱を制御する。発熱制御部１２１は、発熱部材８０を発熱する発熱時間や発熱温度等を制御する。発熱部材８０は、ここでは、ＮＯｘヒータ８２と、触媒ヒータ８４とを含む。

ＮＯｘヒータ８２は、ＮＯｘセンサ６０、６５（図１）をセンサ動作温度に昇温させるヒータである。ＮＯｘセンサ６０、６５は、センサ動作温度になることで、ＮＯｘの濃度を適切に検出できる。
触媒ヒータ８４は、還元触媒５２（図１）を昇温させるヒータである。還元触媒５２は、温度が高くなることで、還元反応を促進させる。触媒ヒータ８４は、例えば、還元触媒５２の全体を昇温できるように、還元触媒５２の周囲に配置されている。

シャッター制御部１２２は、グリルシャッター７５の回動を制御する。具体的には、シャッター制御部１２２は、グリルシャッター７５を回動させる駆動部を制御して、グリルシャッター７５を開位置と閉位置の間で回動させる。例えば、シャッター制御部１２２は、車両の走行中に、空気抵抗を抑制するためにグリルシャッター７５を開位置から閉位置へ回動させる。

状態判定部１２３は、グリルシャッター７５の動作状態を判定する。例えば、状態判定部１２３は、グリルシャッター７５の回動位置を検出するシャッター検出部７７の検出結果から、実際のグリルシャッター７５の位置を特定する。なお、シャッター検出部７７は、グリルシャッター７５の回動位置を直接検出する代わりに、例えばエンジンルーム１２内の温度に基づいてグリルシャッター７５の位置を推定してもよい。例えば、シャッター検出部７７は、エンジンルーム１２内の温度が高い場合にはグリルシャッター７５が閉位置に位置し、温度が低い場合にはグリルシャッター７５が開位置に位置すると推定する。

状態判定部１２３は、シャッター制御部１２２がグリルシャッター７５を回動させた際に、グリルシャッター７５が実際に適切に回動しているかを判定する。例えば、状態判定部１２３は、グリルシャッター７５が開位置から閉位置へ移動しない故障状態か否かを判定する。故障状態は、グリルシャッター７５を開位置から閉位置へ回動させようと制御したにもかかわらず、実際にはグリルシャッター７５が閉位置へ回動しない状態である。

発熱調整部１２４は、発熱制御部１２１による発熱制御を調整する。本実施形態では、発熱調整部１２４は、状態判定部１２３により判定されたグリルシャッター７５の状態に応じて、発熱制御を調整する。具体的には、発熱調整部１２４は、グリルシャッター７５が故障状態であると判定された場合に発熱制御部１２１が発熱部材８０を発熱させる発熱制御（以下、故障時発熱制御）と、グリルシャッター７５が故障状態ではないと判定された場合に発熱制御部１２１が発熱部材８０を発熱させる発熱制御（正常時発熱制御）とを異ならせる。

例えば、発熱調整部１２４は、グリルシャッター７５が故障状態であると判定された場合の発熱部材８０（具体的には、ＮＯｘヒータ８２）の発熱を開始する迄の待ち時間を、グリルシャッター７５が故障状態ではないと判定された場合の待ち時間よりも長くしてもよい。これにより、グリルシャッター７５が故障状態である場合に発熱部材８０の発熱開始が早いことに起因する不具合の発生を抑制できる。

通常、排気通路２０内の結露水がＮＯｘセンサ６０、６５に付着した状態でＮＯｘヒータ８２が発熱すると、急激な温度上昇に伴いＮＯｘセンサ６０、６５が損傷するおそれがある。特に、グリルシャッター７５が故障状態である場合には走行風がエンジンルーム１２（図２）内に流入し続けるので、結露水がＮＯｘセンサ６０、６５に付着する可能性が高まる。そこで、本実施形態では、グリルシャッター７５が故障状態である場合には、故障時発熱制御においてＮＯｘヒータ８２の発熱を開始する迄の待ち時間を長くし、当該待ち時間の間に結露水を蒸発させる。これにより、結露水がＮＯｘセンサ６０、６５に付着することを抑制できるので、結露水に起因したＮＯｘセンサ６０、６５の損傷を抑制できる。

また、発熱調整部１２４は、グリルシャッター７５が故障状態であると判定された場合の発熱部材８０（具体的には、触媒ヒータ８４）を発熱させる発熱時間を、故障状態ではないと判定された場合の発熱時間よりも長くしてもよい。これにより、グリルシャッター７５が故障状態である場合に排気通路２０内の排気ガスを所望の温度に昇温させやすくなる。

グリルシャッター７５が故障状態である場合には走行風がエンジンルーム１２内に流入し続けるので、排気通路２０内の排気ガスの温度が所望の温度（例えば、２００℃〜３００℃）に達せず、還元触媒５２での還元反応が促進されない。そこで、本実施形態では、グリルシャッター７５が故障状態である場合には、故障時発熱制御において触媒ヒータ８４の発熱時間を長くすることで排気ガスを所望の温度に高められるので、還元触媒５２での還元反応を促進できる。

＜制御装置の動作例＞
グリルシャッター７５が故障した際の制御装置１００の動作例について、図４を参照しながら説明する。

図４は、制御装置１００の動作例を説明するためのフローチャートである。図４のフローチャートは、グリルシャッター７５が開位置（図２（ａ））に位置した状態で車両が走行しているところから開始される。

まず、シャッター制御部１２２は、グリルシャッター７５を開位置から閉位置へ回動させる（ステップＳ１０２）。グリルシャッター７５が故障している場合には、グリルシャッター７５は開位置から閉位置へ回動しない。

次に、状態判定部１２３は、グリルシャッター７５が実際に閉位置へ回動したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。そして、ステップＳ１０４でグリルシャッター７５が開位置へ回動したと判定された場合には（Ｙｅｓ）、すなわちグリルシャッター７５が故障状態でないと判定された場合には、発熱制御部１２１は、発熱部材８０に対して正常時発熱制御を行う（ステップＳ１０６）。

一方で、ステップＳ１０４でグリルシャッター７５が実際には開位置へ回動していないと判定された場合には（Ｎｏ）、すなわちグリルシャッター７５が故障状態であると判定された場合には、発熱制御部１２１は、故障時発熱制御を行う（ステップＳ１０８）。例えば、発熱制御部１２１は、発熱調整部１２４によって時間が長く調整された待ち時間が経過すると、発熱部材８０（ＮＯｘヒータ８２）を発熱させる。

＜本実施形態における効果＞
上述した実施形態の排気システムＳは、グリルシャッター７５が開位置から閉位置へ移動しない故障状態である場合に発熱部材８０を発熱させる故障時発熱制御と、故障状態ではない場合に発熱部材８０を発熱させる正常時発熱制御とを異ならせる。
これにより、グリルシャッター７５の状態に応じて排気通路２０の排気ガスの状態等が変化（例えば、排気ガス中の結露水の度合いや排気ガスの温度が変化）しても、不具合が発生しないように発熱部材８０を適切に発熱制御できる。

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ず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１０ エンジン
２０ 排気通路
５２ 還元触媒
６０、６５ ＮＯｘセンサ
７５ グリルシャッター
８０ 発熱部材
８２ ＮＯｘヒータ
８４ 触媒ヒータ
１２１ 発熱制御部
１２３ 状態判定部
１２４ 発熱調整部

Claims (6)

1. 内燃機関の排気ガスが流れる排気通路と、
   前記排気通路に設けた発熱部材を発熱させる発熱制御部と、
   開位置と閉位置の間で移動して、外気が前記内燃機関の周囲へ流入する開口部を開閉可能な開閉部材と、
   前記開閉部材が前記開位置から前記閉位置へ移動しない故障状態か否かを判定する状態判定部と、
   前記故障状態であると判定された場合に前記発熱制御部が前記発熱部材を発熱させる発熱制御と、前記故障状態ではないと判定された場合に前記発熱制御部が前記発熱部材を発熱させる発熱制御とを異ならせる発熱調整部と、
   を備える、排気システム。
2. 前記発熱調整部は、前記故障状態であると判定された場合の前記発熱部材の発熱を開始する迄の待ち時間を、前記故障状態ではないと判定された場合の前記待ち時間よりも長くする、
   請求項１に記載の排気システム。
3. 前記排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを更に備え、
   前記発熱部材は、前記ＮＯｘセンサをセンサ動作温度に昇温させるヒータである、
   請求項２に記載の排気システム。
4. 前記発熱調整部は、前記故障状態であると判定された場合の前記発熱部材を発熱させる発熱時間を、前記故障状態ではないと判定された場合の前記発熱時間よりも長くする、
   請求項１に記載の排気システム。
5. 前記排気ガスを還元剤で浄化させるための還元触媒を更に備え、
   前記発熱部材は、前記還元触媒を昇温させるヒータである、
   請求項４に記載の排気システム。
6. 内燃機関と、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の前記排気システムと、
   を有する、車両。
   
   

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