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1. (WO2019049853) EGR SYSTEM
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明 細 書

発明の名称 EGRシステム

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006  

発明の効果

0007  

図面の簡単な説明

0008  

発明を実施するための形態

0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046  

産業上の利用可能性

0047  

符号の説明

0048  

請求の範囲

1   2  

図面

1   2  

明 細 書

発明の名称 : EGRシステム

技術分野

[0001]
 本開示はEGRシステムに関する。

背景技術

[0002]
 エンジンの排気通路のテールパイプ部分よりも排気流動方向で上流側の部分にNOxを浄化可能な排気浄化装置を有する車両に適用された、EGR(Exhaust Gas Recirculation)システムが知られている(例えば特許文献1、特許文献2参照)。具体的には、このEGRシステムは、排気浄化装置から排出された排気の一部をエンジンの吸気通路に導入するEGR通路と、このEGR通路に配置されたEGRバルブとを備えている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 日本国特開2010-281284号公報
特許文献2 : 日本国特開2015-172339号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 例えば排気浄化装置に何等かの問題が生じれば、排気浄化装置のNOx浄化性能が当初の想定よりも低下することがあり得る。このように排気浄化装置のNOx浄化性能が低下した場合、排気浄化装置から排出される排気中のNOx濃度が基準値よりも多くなってしまい、この結果、テールパイプから大気へ放出される排気中のNOx濃度も基準値より多くなってしまう。
[0005]
 本開示の目的は、排気浄化装置から排出された排気中のNOx濃度が基準値よりも多くなった場合であっても、テールパイプから大気へ放出される排気中のNOx濃度を減少させることができるEGRシステムを提供することである。

課題を解決するための手段

[0006]
 本発明のEGRシステムは、エンジンの排気通路のテールパイプの部分よりも排気流動方向で上流側の部分にNOxを浄化可能な排気浄化装置を有する車両に適用されたEGRシステムであって、前記排気浄化装置から排出された排気の一部を前記エンジンの吸気通路に導入するEGR通路と、前記排気浄化装置から排出されて前記テールパイプに流入する第1排気の流量と、前記排気浄化装置から排出されて前記EGR通路に流入する第2排気の流量と、の比率を変更する流量変更機構と、前記排気浄化装置から排出された排気中のNOx濃度が予め設定された基準値よりも多い場合に、前記テールパイプに流入する前記第1排気の流量の比率が減少し且つ前記EGR通路に流入する前記第2排気の流量の比率が増大するように前記流量変更機構を制御する制御処理の実行を開始するとともに、当該制御処理において前記テールパイプに流入する前記第1排気の流量の比率よりも前記EGR通路に流入する前記第2排気の流量の比率を多くする制御装置と、を備える。

発明の効果

[0007]
 本開示のEGRシステムによれば、排気浄化装置から排出された排気中のNOx濃度が予め設定された基準値よりも多い場合であっても、テールパイプから大気へ放出される排気中のNOx濃度を減少させることができる。

図面の簡単な説明

[0008]
[図1] 図1は、本開示の一実施形態に係る車両の概略構成を模式的に示す構成図である。
[図2] 図2は、テールパイプ流量減少制御処理を説明するためのフローチャートである。

発明を実施するための形態

[0009]
 本開示の一実施形態に係るEGRシステム30が適用された車両1の概略構成について説明し、次いで本実施形態に係るEGRシステム30について説明する。図1は車両1の概略構成を模式的に示す構成図である。車両1の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、一例として、トラック、バス等の商用車両を用いている。
[0010]
 車両1は、エンジン2と、吸気通路3と、排気通路4と、ターボチャージャ5と、インタークーラ8と、排気浄化装置10と、制御装置20と、EGRシステム30とを備えている。エンジン2の具体的な種類は特に限定されるものではないが、本実施形態では一例としてディーゼルエンジンを用いている。吸気通路3は、エンジン2に吸入される吸気が通過する通路である。排気通路4は、エンジン2から排出された排気が通過する通路である。排気通路4の下流側端部は、テールパイプ4aによって構成されている。
[0011]
 ターボチャージャ5は、エンジン2の排気のエネルギを利用してエンジン2の吸気を過給する装置である。具体的にはターボチャージャ5は、排気通路4に配置されたタービン6と、吸気通路3に配置されたコンプレッサ7とを備えている。コンプレッサ7は、タービン6と一体となって回転するようにタービン6に接続されている。タービン6が排気通路4の排気のエネルギを受けて回転することで、タービン6に接続されたコンプレッサ7も回転する。このコンプレッサ7の回転によって、吸気通路3の吸気は過給される。
[0012]
 インタークーラ8は、コンプレッサ7によって過給された吸気を、冷媒との熱交換によって冷却する熱交換器である。このインタークーラ8によって、エンジン2に吸入される吸気の温度が高温になり過ぎることが抑制されている。
[0013]
 排気浄化装置10は、排気通路4のテールパイプ4aの部分よりも排気流動方向で上流側の部分に配置されている。具体的には、本実施形態に係る排気浄化装置10は、排気通路4におけるテールパイプ4aの部分よりも上流側且つタービン6よりも下流側の部分に配置されている。
[0014]
 排気浄化装置10は、排気中のNOxを浄化可能な排気浄化装置である。具体的には、本実施形態に係る排気浄化装置10は、排気中のPMも捕集することができ、且つ、NOxも浄化することができる排気浄化装置である。より具体的には、本実施形態に係る排気浄化装置10は、酸化触媒11、フィルタ12、尿素水噴射弁13、SCR触媒14、及びアンモニアスリップ触媒15を備えている。なお、酸化触媒11、フィルタ12、SCR触媒14、及びアンモニアスリップ触媒15は、この順序で排気通路4に配置されている。また、尿素水噴射弁13は、SCR触媒14よりも上流側且つフィルタ12よりも下流側の部分に配置されている。
[0015]
 フィルタ12は、排気中のPMを捕集する機能を有している。酸化触媒11は、排気が通過可能な担持体に、白金(Pt)又はパラジウム(Pd)等の貴金属触媒が担持された構成を有している。酸化触媒11は、その貴金属触媒の酸化触媒作用によって、排気中の一酸化窒素(NO)を二酸化窒素(NO )に変化させる酸化反応を促進させる。排気温度が酸化触媒11の活性温度以上になった場合、この酸化触媒11において生成された二酸化窒素によって、フィルタ12に捕集されたPMを燃焼させて、二酸化炭素(CO )として排出させることができる。
[0016]
 SCR触媒14は、尿素水噴射弁13から噴射された尿素水の加水分解によって生成されたアンモニア(NH )を用いて、排気中のNOxを選択的に還元させる触媒である。この触媒の具体的な種類は特に限定されるものではなく、例えば、バナジウム、モリブデン、タングステン又はゼオライト等のような、公知のSCR触媒を用いることができる。アンモニアスリップ触媒15は、SCR触媒14を通過したアンモニアを酸化させる酸化触媒である。
[0017]
 尿素水噴射弁13は、後述する制御装置20の指示を受けて尿素水を噴射する。尿素水噴射弁13から排気中に噴射された尿素水中の尿素は、排気の熱によって加水分解され、この結果、アンモニアが生成される。このアンモニアは、SCR触媒14の触媒作用の下で、NOxを還元させる。この結果、窒素及び水が生成される。このようにして、排気中のNOxの浄化が図られている。
[0018]
 制御装置20は、各種の制御処理を実行する制御部としての機能を有するCPU21と、このCPU21の動作に用いられる各種情報やプログラム等を記憶する記憶部22とを有するマイクロコンピュータを備えている。なお、記憶部22としては、例えばROM又はRAM等を用いることができる。
[0019]
 制御装置20は、エンジン2の燃料噴射時期又は燃料噴射量等を制御することでエンジン2の動作を制御する。また、制御装置20は、尿素水噴射弁13の尿素水噴射時期又は尿素水噴射量等を制御することで排気浄化装置10の動作を制御する。また、制御装置20は、後述するEGRシステム30の流量変更機構32の動作を制御することで、EGRシステム30の動作も制御する。
[0020]
 EGRシステム30は、EGR通路31と流量変更機構32とNOxセンサ37とを備えるとともに、この流量変更機構32を制御する制御装置20もその構成要素の一部に含んでいる。
[0021]
 EGR通路31は、排気浄化装置10から排出された排気の一部をエンジン2の吸気通路3に導入する通路である。なお、EGR通路31を通過する排気をEGRガスと称する。本実施形態に係るEGR通路31は、その上流側端部(EGR通路31のEGRガス入口部)が、後述する三方弁33の第2出口部36に連通し、その下流側端部(EGR通路31のEGRガス出口部)が、吸気通路3のコンプレッサ7よりも上流側の部分に連通している。
[0022]
 流量変更機構32は、排気浄化装置10から排出されてテールパイプ4aに流入する第1排気の流量(mm /s)と、排気浄化装置10から排出されてEGR通路31に流入する第2排気の流量(mm /s)と、の比率を変更する機構である。本実施形態においては、この流量変更機構32の一例として、三方弁33を用いている。
[0023]
 具体的には、三方弁33は、排気浄化装置10から排出された排気が流入する入口部34と、入口部34から流入した排気が流出するとともにテールパイプ4aの排気入口部に連通した第1出口部35と、入口部34から流入した排気が流出するとともにEGR通路31のEGRガス入口部に連通した第2出口部36と、を有している。そして、三方弁33は、制御装置20によって制御されて、第1出口部35の開口率及び第2出口部36の開口率を変更することで、入口部34から流入して第1出口部35から流出される第1排気の流量と入口部34から流入して第2出口部36から流出される第2排気の流量との比率を変更する。
[0024]
 なお、本実施形態において、三方弁33の入口部34は排気浄化装置10の排気出口部分に直接接続されているが、この構成に限定されるものではなく、例えば、入口部34は排気浄化装置10の排気出口部分に、他の配管部材を介して接続されていてもよい。また三方弁33の第1出口部35は、テールパイプ4aの排気入口部に排気管4bを介して接続されているが、この構成に限定されるものではなく、例えば、第1出口部35は、テールパイプ4aの排気入口部分に直接接続されていてもよい。また三方弁33の第2出口部36は、EGR通路31のEGRガス入口部に直接接続されているが、この構成に限定されるものではなく、第2出口部36はEGR通路31のEGRガス入口部に、他の配管部材を介して接続されていてもよい。
[0025]
 なお、流量変更機構32の一例として、三方弁33以外の具体例を挙げると、例えば、流量変更機構32として、排気管4bに配置された第1流量調整弁と、EGR通路31に配置された第2流量調整弁とを備える構成を採用することもできる。この場合、制御装置20は、この第1流量調整弁及び第2流量調整弁の開口率をそれぞれ変更することで、テールパイプ4aに流入する排気の流量とEGR通路31に流入する排気の流量との比率を変更することができる。
[0026]
 但し、本実施形態のように、流量変更機構32として三方弁33を用いることによって、流量変更機構32の構成をシンプルな構成にすることができる。この点において、流量変更機構32として三方弁33を用いることが好ましい。
[0027]
 NOxセンサ37は、排気浄化装置10から排出された排気中のNOx濃度を検出し、この検出結果を制御装置20に伝える。このような機能を有するものであれば、NOxセンサ37の具体的な配置箇所は特に限定されるものではないが、本実施形態に係るNOxセンサ37は、一例として、三方弁33の第1出口部35とテールパイプ4aとの間の排気管4bの部分に配置されている。なお、NOxセンサ37の配置箇所の他の一例を挙げると、例えばNOxセンサ37は、三方弁33の入口部34とアンモニアスリップ触媒15との間の部分に配置されていてもよい。
[0028]
 続いて、制御装置20による流量変更機構32の制御について説明する。まず、制御装置20は、排気浄化装置10から排出された排気中のNOx濃度が予め設定された基準値以下のとき(これを「通常時」と称する)には、予め設定されたEGRガス流量マップに基づいて、所定のEGRガス流量が得られるように流量変更機構32を制御する制御処理(以下、「通常時制御処理」と称する)を実行する。
[0029]
 また、この通常時制御処理において、制御装置20は、排気浄化装置10から排出されてテールパイプ4aに流入する第1排気の流量の、排気浄化装置10から排出された排気の流量に対する比率(以下、単に「第1排気の流量の比率」という。)が、排気浄化装置10から排出されてEGR通路31に流入する第2排気の流量(EGR通路31のEGRガス流量)の、排気浄化装置10から排出された排気の流量に対する比率(以下、単に「第2排気の流量の比率」という。)よりも多くなるように、流量変更機構32を制御する。すなわち、テールパイプ4aに流入する第1排気の流量の比率をA%とし、EGR通路31に流入する第2排気の流量の比率をB%(B%=100%-A%)と定義した場合、通常時制御処理においては、「A>B」の関係が満たされている。なお、このとき、Bはゼロ%であってもよい。
[0030]
 一方、制御装置20は、排気浄化装置10から排出された排気中のNOx濃度が予め設定された基準値よりも多い場合には、通常時制御処理の実行を停止し、代わりに、排気浄化装置10から排出されてテールパイプ4aに流入する第1排気の流量の比率(A%)が減少し、且つ、排気浄化装置10から排出されてEGR通路31に流入する第2排気の流量の比率(B%)が増大するように流量変更機構32を制御する制御処理(以下、「テールパイプ流量減少制御処理」と称する)の実行を開始する。さらに、制御装置20は、このテールパイプ流量減少制御処理において、テールパイプ4aに流入する第1排気の流量の比率よりもEGR通路31に流入する第2排気の流量の比率の方が多くなるように、流量変更機構32を制御する。このテールパイプ流量減少制御処理の詳細について、フローチャートを用いて説明すると次のようになる。
[0031]
 図2は、テールパイプ流量減少制御処理を説明するためのフローチャートである。なお図2の各ステップは、制御装置20の具体的にはCPU21が実行する。また図2の最初のスタート時において、通常時制御処理の実行が既に開始されており、この結果、最初のスタート時において、流量変更機構32は、テールパイプ4aに流入する第1排気の流量の比率をEGR通路31に流入する第2排気の流量(EGRガス流量)の比率よりも多くしているものとする。
[0032]
 ステップS10において、制御装置20は、排気浄化装置10から排出された排気中のNOx濃度が予め設定された基準値よりも多いか否かを判定する。具体的には、制御装置20の記憶部22には、この基準値が予め記憶されている。制御装置20は、NOxセンサ37の検出結果を取得することで、排気浄化装置10から排出された排気中のNOx濃度を取得し、このようにして取得されたNOx濃度が記憶部22の基準値よりも多いか否かを判定することで、ステップS10を実行している。
[0033]
 なお、ステップS10に係る基準値の具体的な値は、特に限定されるものではないが、例えば、法律で定められたNOx濃度の上限値(すなわち、排出ガス規制値)を用いたり、あるいは、この排出ガス規制値よりも所定値(例えば数%)だけ小さい値を用いたりすればよい。本実施形態においては、この基準値の一例として、排出ガス規制値を用いることとする。
[0034]
 ステップS10はYESと判定されるまで繰り返し実行される。ステップS10でYESと判定された場合、制御装置20は、通常時制御処理の実行を停止し、代わりに、テールパイプ流量減少制御処理の実行を開始する(ステップS20)。
[0035]
 具体的にはステップS20において、制御装置20は、三方弁33の第1出口部35から流出する第1排気の流量の比率がステップS10でYESと判定された時点の第1排気の流量の比率よりも減少し、且つ、第2出口部36から流出する第2排気の流量の比率がステップS10でYESと判定された時点の第2排気の流量の比率よりも増大するように、三方弁33を制御する。これにより、テールパイプ4aに流入する第1排気の流量の比率(A%)は減少し、この排気流量比率の減少分だけ、EGR通路31に流入する第2排気の流量の比率(B%)は増大する。
[0036]
 そして、制御装置20は、このテールパイプ流量減少制御処理において、三方弁33の第1出口部35から流出する第1排気の流量の比率よりも第2出口部36から流出する第2排気の流量の比率が多くなるように三方弁33を制御することで、テールパイプ4aに流入する第1排気の流量の比率(A%)よりもEGR通路31に流入する第2排気の流量の比率(B%)を多くする。すなわち、このステップS20において、制御装置20は、「A<B」となるように三方弁33を制御する。
[0037]
 なお、ステップS20における「テールパイプ4aに流入する第1排気の流量の比率(A%)」と「EGR通路31に流入する第2排気の流量の比率(B%)」の具体的な数値範囲は特に限定されるものではないが、本実施形態に係る制御装置20は、一例として、「A:B=1:n(ここで、nは、1<n≦9を満たす数値)」となるように三方弁33を制御する。すなわち、制御装置20は、B%がA%の最大で9倍になるような範囲内で、B%の方をA%よりも多くする。但し、これは、あくまでも数値の一例であり、この数値例に限定されるものではない。
[0038]
 また、制御装置20は、ステップS20において、NOxセンサ37の検出したNOx濃度が多いほど、EGR通路31に流入する第2排気の流量の比率(B%)が多くなり、テールパイプ4aに流入する第1排気の流量の比率(A%)が少なくなるように、三方弁33を制御することが好ましい。具体例を挙げると、例えばNOxセンサ37の検出値が「C1」の場合に、EGR通路31に流入する第2排気の流量の比率が「B1」であり、テールパイプ4aに流入する第1排気の流量の比率が「A1」であったとする。この場合、制御装置20は、NOxセンサ37の検出値が「C2(これはC1よりも大きい値である)」になったときには、EGR通路31に流入する第2排気の流量の比率を「B2(これはB1よりも大きい値である)」にし、テールパイプ4aに流入する第1排気の流量の比率を「A2(これはA1よりも小さい値である)」にする。
[0039]
 ステップS20の後に制御装置20は、テールパイプ流量減少制御処理の実行を終了させるための条件(「終了条件」)が満たされたか否かを判定する(ステップS30)。この終了条件の具体的な内容は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、一例として、排気浄化装置10から排出された排気中のNOx濃度が予め設定された基準値以下になった、という条件を用いている。
[0040]
 具体的には、制御装置20は、ステップS30において、NOxセンサ37の検出結果を取得することでNOx濃度を取得する。そして、制御装置20は、このようにして取得されたNOx濃度が、記憶部22に記憶されている基準値以下の値であるか否かを判定し、このNOx濃度が基準値以下であると判定された場合に、終了条件が満たされた(YES)と判定する。なお、この基準値は、ステップS10の基準値と同じ値である。ステップS30はYESと判定されるまで繰り返し実行される。
[0041]
 ステップS30でYESと判定された場合、制御装置20は、テールパイプ流量減少制御処理の実行を終了させる(ステップS40)。具体的には制御装置20は、流量変更機構32としての三方弁33の状態をステップS20の実行開始直前の状態に戻すことで、テールパイプ流量減少制御処理の実行を終了させ、代わりに、通常時制御処理の実行を再開させる。この結果、テールパイプ4aに流入する第1排気の流量の比率(A%)はEGR通路31に流入する第2排気の流量の比率(B%)よりも多くなる。ステップS40の実行後に、制御装置20はフローチャートをスタートから再度実行する(リターン)。
[0042]
 以上のような本実施形態に係るEGRシステム30の作用効果をまとめると、次のようになる。本実施形態によれば、排気浄化装置10から排出された排気中のNOx濃度が予め設定された基準値よりも多い場合に(ステップS10でYESの場合に)、ステップS20においてテールパイプ流量減少制御処理の実行が開始されるので、排気浄化装置10から排出されてテールパイプ4aに流入する第1排気の流量の比率を減少させて、EGR通路31に流入する第2排気の流量の比率を増大させることができる。これにより、テールパイプ4aから大気へ放出される排気中のNOx濃度を減少させることができる。
[0043]
 また、EGRシステム30は、このテールパイプ流量減少制御処理において、テールパイプ4aに流入する第1排気の流量の比率よりもEGR通路31に流入する第2排気の流量の比率が多くなるように流量変更機構32を制御しているので、テールパイプ4aから大気へ放出される排気中のNOx濃度を効果的に減少させることができる。これにより、テールパイプ4aから大気へ放出される排気中のNOx濃度を効果的に基準値以下にすることができる。
[0044]
 以上のように、本実施形態によれば、排気浄化装置10から排出された排気中のNOx濃度が基準値よりも多くなった場合であっても、テールパイプ4aから大気へ放出される排気中のNOx濃度を効果的に基準値以下にすることができるので、例えば排気浄化装置10に何等かの問題が生じて排気浄化装置10のNOx浄化性能が想定よりも低下した場合であっても、基準値(本実施形態では一例として排出ガス規制値)より多いNOx濃度の排気が大気へ放出されることを効果的に抑制することができる。すなわち、排気浄化装置10に何等かの問題が生じて排気浄化装置10のNOx浄化性能が想定よりも低下した場合であっても、大気へ放出される排気中のNOx濃度を排出ガス規制値に適合させることができる。
[0045]
 以上本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
[0046]
 本出願は、2017年9月7日付で出願された日本国特許出願(特願2017-171855)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

産業上の利用可能性

[0047]
 本開示のEGRシステムは、排気浄化装置から排出された排気中のNOx濃度が予め設定された基準値よりも多い場合であっても、テールパイプから大気へ放出される排気中のNOx濃度を減少させるといった点において有用である。

符号の説明

[0048]
1 車両
2 エンジン
3 吸気通路
4 排気通路
4a テールパイプ
5 ターボチャージャ
10 排気浄化装置
20 制御装置
30 EGRシステム
31 EGR通路
32 流量変更機構
33 三方弁
34 入口部
35 第1出口部
36 第2出口部
37 NOxセンサ

請求の範囲

[請求項1]
 エンジンの排気通路のテールパイプの部分よりも排気流動方向で上流側の部分にNOxを浄化可能な排気浄化装置を有する車両に適用されたEGRシステムであって、
 前記排気浄化装置から排出された排気の一部を前記エンジンの吸気通路に導入するEGR通路と、
 前記排気浄化装置から排出されて前記テールパイプに流入する第1排気の流量と、前記排気浄化装置から排出されて前記EGR通路に流入する第2排気の流量と、の比率を変更する流量変更機構と、
 前記排気浄化装置から排出された排気中のNOx濃度が予め設定された基準値よりも多い場合に、前記テールパイプに流入する前記第1排気の流量の比率が減少し且つ前記EGR通路に流入する前記第2排気の流量の比率が増大するように前記流量変更機構を制御する制御処理の実行を開始するとともに、当該制御処理において前記テールパイプに流入する前記第1排気の流量の比率よりも前記EGR通路に流入する前記第2排気の流量の比率を多くする制御装置と、を備えるEGRシステム。
[請求項2]
 前記流量変更機構は、三方弁によって構成され、
 前記三方弁は、
 前記排気浄化装置から排出された排気が流入する入口部と、
 前記入口部から流入した排気が流出するとともに前記テールパイプの排気入口部に連通した第1出口部と、
 前記入口部から流入した排気が流出するとともに前記EGR通路のEGRガス入口部に連通した第2出口部と、を有し、
 前記制御装置による前記制御処理によって、前記入口部から流入して前記第1出口部から流出される排気の流量と、前記入口部から流入して前記第2出口部から流出される排気の流量と、の比率が変更される請求項1記載のEGRシステム。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]