JP6927261B2 - エンジンの触媒反応システム - Google Patents
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噴霧制御部(34、44)は、噴射粒径および噴射速度の制御範囲を、噴射粒径が比較的大きくなる第1制御範囲(A1)と噴射粒径が比較的小さくなる第2制御範囲(A2)との間で触媒設置通路部の排気流量に応じて切り替える。
本発明の第1の態様では、噴霧制御部は、触媒設置通路部の排気流量が閾値(Qd)以上である場合に第2制御範囲を用いる。
本発明の第2の態様では、噴霧制御部(44)は、噴射装置の噴射粒径と噴射速度とを互いに独立して制御可能である。また噴霧制御部は、第1制御範囲および第2制御範囲のうち、触媒の入口における噴射装置からの噴射物の目標均質度をより低エネルギで達成する方を用いる。
本発明の第3の態様では、噴霧制御部(44)は、噴射装置の噴射粒径と噴射速度とを互いに独立して制御可能である。また噴霧制御部は、触媒の入口における液体の目標均質度を達成可能な噴射粒径と噴射速度との組合せが複数あって、それらの組合せ同士で必要エネルギの差が所定値以内である場合、噴霧粒径がより小さくなる組合せを採用する。
第1実施形態の触媒反応システムは、図1に示すエンジン90に適用されている。触媒反応システム10は、触媒11と、ミキサ12と、噴射装置13と、制御ユニット14とを備える。
制御ユニット14は図4に示す各処理を実行する。図4のルーチンは、所定のタイミングで繰り返し実行される。以降、「S」はステップを意味する。
以上説明したように、第1実施形態では、触媒反応システム10は、エンジン90の排気通路91に設けられる触媒11と、触媒11の上流側に設けられるミキサ12と、還元剤の液体を噴霧としてミキサ12に向けて噴射する噴射装置13と、ミキサ12の下流側における噴霧の微粒化または気化が進むように、排気通路91の排気の状態に応じて噴射装置13の噴射粒径および噴射速度を制御する噴霧制御部24とを備える。
第2実施形態では、図6に示す噴霧制御部34は、噴射粒径および噴射速度の制御範囲を第1制御範囲と第2制御範囲との間で排気流量に応じて切り替える。図7に示すように、第1制御範囲A1は、噴射粒径が比較的大きくなる制御範囲である。第2制御範囲A2は、噴射粒径が比較的小さくなる制御範囲である。第1制御範囲A1および第2制御範囲A2は、触媒入口における還元剤の目標均質度を達成するために必要な噴射粒径と噴射速度との組合せを含む範囲である。
図4のS40において呼び出される図11のサブルーチンのS111において、壁面温度センサ19の検出信号からミキサ12の壁面温度Tmが取得される。S111の後、処理はS112に移行する。
以上説明したように、第2実施形態では、噴霧制御部34は、噴射粒径および噴射速度の制御範囲を、噴射粒径が比較的大きくなる第1制御範囲と噴射粒径が比較的小さくなる第2制御範囲との間で排気流量に応じて切り替える。これにより、デフォルトの噴射設定では目標均質度を達成できない場合に第2制御範囲に切り替えることで噴霧の微粒化を実施する。
第3実施形態では、図12に示す噴霧制御部44は、噴射装置13の噴射粒径と噴射速度とを互いに独立して制御可能である。例えば噴霧制御部44は、噴射装置13のバルブリフト量を調節して噴射粒径を制御する。具体的には、噴霧制御部44は、図13に示すように、要求される噴射粒径が小さいほど、バルブリフト量を比較的小さくする。バルブリフト量を小さくすることで、噴射弁18内部における還元剤の横流れが強まり、乱れが強まることで微粒化が促進される。微粒化するほど噴霧の速度がすぐに減衰し、噴霧の貫徹力が小さくなる。そして、噴霧制御部44は、要求される噴射粒径および噴射速度の両方を満たす噴射圧を図14および図15に示す関係から算出する。なお、他の実施形態では、噴射装置13のバルブリフト時間の調節により噴射粒径が制御されてもよい。
図4のS40において呼び出される図18のサブルーチンのS121において、壁面温度センサ19の検出信号からミキサ12の壁面温度Tmが取得される。S121の後、処理はS122に移行する。
以上説明したように、第3実施形態では、噴霧制御部44は、噴射装置13の噴射粒径と噴射速度とを互いに独立して制御可能である。これにより噴射圧だけで噴射粒径および噴射速度を同時に制御する形態に比べて制御範囲が拡大し、より低エネルギで目標均質度を達成することができる。
第4実施形態では、触媒反応システム10は、図19に示すようにEGRシステム(exhaust gas recirculation)100が設けられたエンジン90に適用されている。EGRシステム100は、排気通路91から分岐するEGR通路101を通じて排気の一部を再度吸気させるためのシステムであり、EGRバルブ102を用いて吸気側に送り込む排気の量を調節する。
第5実施形態では、図21に示すように触媒51およびミキサ12がEGR通路101の途中に設けられている点、噴射装置53が「所定の液体」としての燃料を噴射する点、および上述の点に対応して制御ユニット54が制御を行う点が第2実施形態とは異なるが、その他の構成は第2実施形態と同様である。情報取得部71は、第2実施形態における情報取得部31に対応する。
第6実施形態では、図22に示すように触媒51およびミキサ12がEGR通路101の途中に設けられている点、噴射装置53が「所定の液体」としての燃料を噴射する点、および上述の点に対応して制御ユニット54が制御を行う点が第3実施形態とは異なるが、その他の構成は第3実施形態と同様である。
他の実施形態では、浄化対象はNOxに限らず、例えば一酸化二窒素N2Oや二酸化炭素CO2等であってもよい。また、還元剤は、尿素水に限らず、浄化対象よりも酸化しやすい例えば炭化水素やアルコールなどの有機物、過酸化水素水などが用いられてもよい。他の実施形態では、還元剤に限らず、還元剤の前駆体が供給されてもよい。
12:ミキサ(攪拌部)
13、53:噴射装置
24、34、44、64、74、84:噴霧制御部
90:エンジン
91:排気通路(排気系通路)
101:EGR通路(排気系通路)
Claims (12)
- エンジン(90)の排気系通路(91、101)に設けられる触媒(11、51)と、
前記触媒の上流側に設けられる攪拌部(12)と、
所定の液体を噴霧として前記攪拌部に向けて噴射する噴射装置(13、53)と、
前記攪拌部の下流側における噴霧の微粒化または気化が進むように、前記触媒が設けられる触媒設置通路部の排気の状態に応じて前記噴射装置の噴射粒径および噴射速度の一方または両方を制御する噴霧制御部(24、34、44、64、74、84)と、
を備え、
前記噴霧制御部(34、44)は、噴射粒径および噴射速度の制御範囲を、噴射粒径が比較的大きくなる第1制御範囲(A1)と噴射粒径が比較的小さくなる第2制御範囲(A2)との間で前記触媒設置通路部の排気流量に応じて切り替え、
前記噴霧制御部は、前記触媒設置通路部の排気流量が閾値(Qd)以上である場合に前記第2制御範囲を用いるエンジンの触媒反応システム。 - 前記噴霧制御部は、前記触媒設置通路部の排気流量が前記閾値以上である場合、排気流量が大きいほど噴霧粒径を小さくする請求項1に記載のエンジンの触媒反応システム。
- 前記噴霧制御部は、前記触媒設置通路部の排気温度が低いほど噴霧粒径を小さくする請求項1または2に記載のエンジンの触媒反応システム。
- 前記攪拌部の測定温度または推定温度を取得する温度取得部(34)をさらに備え、
前記噴霧制御部は、前記温度取得部が取得した温度が低いほど前記閾値が小さくなるように補正する請求項1〜3のいずれか一項に記載のエンジンの触媒反応システム。 - 前記攪拌部の測定温度または推定温度を取得する温度取得部をさらに備え、
前記噴霧制御部は、前記温度取得部が取得した温度が低いほど噴霧粒径を小さくする請求項1〜3のいずれか一項に記載のエンジンの触媒反応システム。 - エンジン(90)の排気系通路(91、101)に設けられる触媒(11、51)と、
前記触媒の上流側に設けられる攪拌部(12)と、
所定の液体を噴霧として前記攪拌部に向けて噴射する噴射装置(13、53)と、
前記攪拌部の下流側における噴霧の微粒化または気化が進むように、前記触媒が設けられる触媒設置通路部の排気の状態に応じて前記噴射装置の噴射粒径および噴射速度の一方または両方を制御する噴霧制御部(24、34、44、64、74、84)と、
を備え、
前記噴霧制御部(34、44)は、噴射粒径および噴射速度の制御範囲を、噴射粒径が比較的大きくなる第1制御範囲(A1)と噴射粒径が比較的小さくなる第2制御範囲(A2)との間で前記触媒設置通路部の排気流量に応じて切り替え、
前記噴霧制御部(44)は、前記噴射装置の噴射粒径と噴射速度とを互いに独立して制御可能であり、
前記噴霧制御部は、前記第1制御範囲および前記第2制御範囲のうち、前記触媒の入口における前記噴射装置からの噴射物の目標均質度をより低エネルギで達成する方を用いるエンジンの触媒反応システム。 - エンジン(90)の排気系通路(91、101)に設けられる触媒(11、51)と、
前記触媒の上流側に設けられる攪拌部(12)と、
所定の液体を噴霧として前記攪拌部に向けて噴射する噴射装置(13、53)と、
前記攪拌部の下流側における噴霧の微粒化または気化が進むように、前記触媒が設けられる触媒設置通路部の排気の状態に応じて前記噴射装置の噴射粒径および噴射速度の一方または両方を制御する噴霧制御部(24、34、44、64、74、84)と、
を備え、
前記噴霧制御部(34、44)は、噴射粒径および噴射速度の制御範囲を、噴射粒径が比較的大きくなる第1制御範囲(A1)と噴射粒径が比較的小さくなる第2制御範囲(A2)との間で前記触媒設置通路部の排気流量に応じて切り替え、
前記噴霧制御部(44)は、前記噴射装置の噴射粒径と噴射速度とを互いに独立して制御可能であり、
前記噴霧制御部は、前記触媒の入口における前記液体の目標均質度を達成可能な噴射粒径と噴射速度との組合せが複数あって、それらの組合せ同士で必要エネルギの差が所定値以内である場合、噴霧粒径がより小さくなる組合せを採用するエンジンの触媒反応システム。 - 前記噴霧制御部は、前記噴射装置のバルブリフト時間を調節して噴射粒径を制御する請求項6または7に記載のエンジンの触媒反応システム。
- 前記噴霧制御部は、前記噴射装置のバルブリフト量を調節して噴射粒径を制御する請求項6または7に記載のエンジンの触媒反応システム。
- 前記噴霧制御部(24、34)は、前記噴射装置の噴射圧を調節して噴射粒径および噴射速度を同時に制御する請求項1〜5のいずれか一項に記載のエンジンの触媒反応システム。
- 前記液体は還元剤またはその前駆体であり、
前記触媒は排気中の所定成分を還元浄化する請求項1〜10のいずれか一項に記載のエンジンの触媒反応システム。 - 前記液体は燃料であり、
前記触媒は排熱を用いて燃料を反応させる請求項1〜10のいずれか一項に記載のエンジンの触媒反応システム。
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