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JP2025085210A - 車両 - Google Patents

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JP2025085210A
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Tetsuya Asami
尊史 長谷山
Takashi Haseyama
貴史 山下
Takashi Yamashita
祟 阿部
Takashi Abe
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Abstract

Figure 2025085210000001
【課題】ＥＧＲ経路への異物の侵入を防止すること。
【解決手段】エンジンと、前記エンジンのシリンダから排出される排気ガスを排気経路とＥＧＲ経路に分岐して排出する排気マニホルドと、前記排気経路に設けられ、前記排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタを有する排気ガス処理装置と、ポスト噴射を行って前記フィルタの再生処理を実行する再生処理制御装置と、を備え、前記再生処理制御装置は、前記ポスト噴射をする際に、排気口から前記排気経路へ向かう途中に前記ＥＧＲ経路への分岐部が存在する前記シリンダのインジェクタのポスト噴射を停止する、車両。
【選択図】図１

Description

本開示は、煤や炭化水素から成る粒子等の異物がＥＧＲ経路へ侵入することを防止する技術に関するものである。
エンジンの各シリンダで燃料が燃焼した後の排気ガスは、排気マニホルドで集められて排気管を経由して車外へ排出される。排気管の途中には、排気ガス中の微粒子（ＰＭ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を分解、除去するために排気ガス処理装置が設けられている。
排気ガス処理装置は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）と煤捕集フィルタ（ＣＳＦ：Catalyzed Soot Filter）を有するＤＰＤ（Diesel Particulate Defuser）と、窒素酸化物還元触媒とアンモニア酸化触媒を有するＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）とを備えるものが知られている。排気ガス中の微粒子は煤捕集フィルタで捕集され、窒素酸化物はＳＣＲで還元されて分解される。
また、排気マニホルドには、排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）装置が接続され、排気ガスの一部はＥＧＲ装置を経由して吸気マニホルドへ送られて車外からの吸気と混合される。これにより、吸気中の酸素濃度が低くなり、シリンダ内での燃焼温度が下がり、排気ガス中の窒素酸化物の量が低減される。
煤捕集フィルタに捕集された煤が増えてくると目詰まりを起こすので、その前に煤捕集フィルタの再生処理が行われる。再生処理では、排気ガス中にポスト噴射により未燃焼燃料を混合してＤＰＤへ送り、ディーゼル酸化触媒で未燃焼燃料が燃焼することによって排気ガス温度が上昇し、高温の排気ガスによって煤捕集フィルタの煤が燃焼されることにより、煤捕集フィルタが再生する（特許文献１、特許文献２）。
特開２００５－２８２４７９号公報 特開２０１１－２４７１４３号公報
本出願の発明者らは、煤捕集フィルタの再生処理を繰り返し行うと、ＥＧＲ経路に煤を含む粒子が堆積する場合があることを見出した。この堆積物は、排気ガス中の煤と未燃焼燃料由来の炭化水素の混合粒子からなる。ＥＧＲ経路内へ侵入した粒子は冷却され、炭化水素が樹脂化してＥＧＲ経路内に堆積する。この粒子の堆積が進行すると、ＥＧＲ経路の流れが妨げられる可能性がある。
本開示は、ＥＧＲ経路への異物の侵入を防止することを目的とする。
本開示に係る車両は、エンジンと、前記エンジンのシリンダから排出される排気ガスを排気経路とＥＧＲ経路に分岐して排出する排気マニホルドと、前記排気経路に設けられ、前記排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタを有する排気ガス処理装置と、ポスト噴射を行って前記フィルタの再生処理を実行する再生処理制御装置と、を備え、前記再生処理制御装置は、前記ポスト噴射をする際に、排気口から前記排気経路へ向かう途中に前記ＥＧＲ経路への分岐部が存在する前記シリンダのインジェクタのポスト噴射を停止する。
本開示によれば、シリンダの排気口からＥＧＲ経路へ向かう流れの中に未燃焼燃料が含まれないので、煤と炭化水素を含む粒子（異物）がＥＧＲ装置へ侵入することを防止できる。
全体構成を示す図である。 排気ガスの流れを示す図である。 排気ガスの流れを示す図である。
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。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される各構成要素、各構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。
図１は、吸気系及び排気系を含むエンジン周辺の構造を示す。エンジン本体１００には複数のシリンダ１（図示の例では４つ）（個別のシリンダを示す場合にはシリンダ１－１～１－４と表す場合がある）が形成されている。各シリンダ１にはそれぞれ燃料を噴射するインジェクタ２（個別のインジェクタを示す場合にはインジェクタ２－１～２－４と表す場合がある）が設けられ、シリンダ１の内部に燃料を噴射可能に構成されている。
車外から取り込まれた空気はエアクリーナ２１で異物を取り除かれ、ターボチャージャ４０のコンプレッサ４２で加圧されて吸気管２２を通り、インタークーラ２３で冷却されて吸気管２４を経由して吸気マニホルド２０へ送られる。吸気管２４には、吸気マニホルド２０に供給する空気の流量を調整するインテークスロットル２５が設けられている。吸気マニホルド２０へ送られた空気は各シリンダ１へ分配される。
一方、シリンダ１内で燃料を燃焼させることにより発生した排気ガスは、排気マニホルド１０で集められて排気管分岐部１５から排気管４５通して車外へ排出される。排気管４５にはターボチャージャ４０のタービン４１が設けられて排気ガスの圧力により回転され、この回転力が前記コンプレッサ４２を回転させる。また、排気管４５には排気ガスの流量を調整する排気バルブ４３が設けられている。さらに、排気管４５には排気ガス中の煤（微粒子、ＰＭ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するための排気ガス処理装置５０が設けられている。
排気バルブ４３は、これを絞ることにより排気内圧が上がり、シリンダ１からの排気抵抗が増えるように構成されている。これによりエンジンの回転抵抗を増やし、エンジンブレーキの作用を強化することが可能である。
排気ガス処理装置５０は、排気ガス中の煤を捕集、燃焼除去するＤＰＤ５１と、排気ガス中の窒素酸化物を分解するＳＣＲ６０を有する。ＤＰＤ５１はディーゼル酸化触媒５２、煤捕集フィルタ５３、温度センサ５４、捕集フィルタ差圧センサ５５を有し、排気ガス中の煤は煤捕集フィルタ５３で捕集される。ＤＰＤ５１は架装性の向上等を図るためにエンジンルーム内に設けられることもある。
車両の走行を重ねるうちに煤捕集フィルタ５３は捕集した煤により目詰まりする。この目詰まりは差圧センサ５５で煤捕集フィルタ５３の上流側と下流側の圧力差を測ることにより検出される。
ＳＣＲ６０は窒素酸化物還元触媒６１、アンモニア酸化触媒６２、尿素インジェクタ６３を有する。排気ガス中に尿素インジェクタ６３から尿素水を供給すると、尿素水は加水分解されてアンモニアが生成される。このアンモニアと排気ガス中の窒素酸化物が窒素酸化物還元触媒６１へ送られると、窒素酸化物は還元されて窒素と水が生成される。残ったアンモニアは後段に設けられているアンモニア酸化触媒６２で酸化されて窒素と水が生成される。
また、エンジンの燃費向上や排気ガス中の窒素酸化物の低減を目的としたＥＧＲ装置３０、７０が設けられている。窒素酸化物は、空気中の窒素と酸素が高温で反応することにより生成されることが知られている。ＥＧＲ装置３０、７０は、排気ガスとエンジン吸気を混合してシリンダ１内の酸素濃度を下げることにより燃焼温度を下げ、窒素酸化物の生成量を低減するものである。
ＥＧＲ装置３０、７０は、高圧ＥＧＲ装置３０と低圧ＥＧＲ装置７０を有する。高圧ＥＧＲ装置３０は、排気マニホルド１０から高圧ＥＧＲ配管３１（上流側配管）が分岐して、高圧ＥＧＲクーラ３３、高圧ＥＧＲ配管３５（下流側配管）及び高圧ＥＧＲバルブ３７を経由して吸気マニホルド２０へ排気ガスを送る。一方、低圧ＥＧＲ装置７０は、排気ガス処理装置５０から低圧ＥＧＲ配管７１が分岐して、低圧ＥＧＲクーラ７３、低圧ＥＧＲ配管７５及び低圧ＥＧＲバルブ７７を経由して吸気管２２へ排気ガスを送る。
煤捕集フィルタ５３の目詰まりが進み、差圧センサ５５が検出する圧力差が所定値以上となると、煤捕集フィルタ５３の再生処理を行う。再生処理は走行中に行う自動再生と、停車中に運転者の操作により行われる手動再生がある。再生処理ではポスト噴射による未燃焼燃料を排気ガスとともにＤＰＤ５１へ送るとディーゼル酸化触媒５２により未燃焼燃料が燃焼して排気ガスが加熱され、この加熱された排気ガスにより煤捕集フィルタ５３に捕集された煤が燃焼される。
図２は、シリンダ１の給排気系統の概略を示す。シリンダ１には吸気マニホルド２０及び排気マニホルド１０が接続され、燃焼用の空気を吸気マニホルド２０から導入し、燃焼後の排気ガスは排気口３（個別の排気口を示す場合には排気口３－１～３－４と表す場合がある）を通って排気マニホルド１０へ排出される。排気マニホルド１０には排気管分岐部１５が形成され、排気管分岐部１５に排気管４５が接続されている。排気管４５にはターボチャージャ４０のタービン４１及び排気バルブ４３が設けられ、排気管４５の下流側は排気ガス処理装置５０に接続される。
排気マニホルド１０にはＥＧＲ分岐部１７が形成され、ＥＧＲ分岐部１７に上流側の高圧ＥＧＲ配管３１が接続される。高圧ＥＧＲ配管３１には流通する排気ガスを冷却する高圧ＥＧＲクーラ３３が設けられ、その下流側には下流側の高圧ＥＧＲ配管３５が接続される。下流側の高圧ＥＧＲ配管３５には高圧ＥＧＲバルブ３７が設けられ、高圧ＥＧＲ装置３０を通る排気ガスの流量を制御可能になっている。高圧ＥＧＲ配管３５は吸気マニホルド２０に接続される。
図３は、シリンダ１から排出された排気ガスの流れを示す。各シリンダ１－１～１－４の排気口３－１～３－４から排出された排気ガスは、排気マニホルド１０で集められ、排気管分岐部１５から排気管４５へ排出される流れと、ＥＧＲ分岐部１７から高圧ＥＧＲ装置３０へ送られる流れに分けられる（図中の矢印参照）。
高圧ＥＧＲ装置３０へは、高圧ＥＧＲバルブ３７の開度にもよるが、主に図３で一番右のシリンダ１－４の排気口３－４から排出された排気ガスが流れ込むことになる。一方で、図３で左側３つのシリンダ１－１～１－３の各排気口３－１～３－３から排出された排気ガスは排気管分岐部１５から排気管４５へ排出される。
次に、煤捕集フィルタ５３の再生処理を行う際の動作を説明する。煤捕集フィルタ５３の目詰まりが進行すると、低速低負荷時の走行再生処理か、停車時の手動再生処理が行われる。再生処理時には、高圧ＥＧＲバルブ３７は閉じられ、排気バルブ４３は絞られる。この状態でエンジンは低速又はアイドリングで運転される。そして、シリンダ１－１～１－３のインジェクタ２－１～２－３からは燃焼後のポスト噴射が行われ、噴射された燃料は未燃焼の状態でＤＰＤ５１へ送られる。このとき、排気口３－４と排気管分岐部１５の間にＥＧＲ分岐部１７が存在するシリンダ１－４のインジェクタ２－４はポスト噴射を停止している。
このように、再生処理時に排気口３－４と排気管分岐部１５の間にＥＧＲ分岐部１７が存在するシリンダ１－４のインジェクタ２－４のポスト噴射を停止することにより、未燃焼燃料が高圧ＥＧＲ配管３１へ流入することがなくなり、高圧ＥＧＲ装置３０への煤と炭化水素粒子の堆積を防止できる。
上記の実施の形態のエンジンは４気筒として説明したが、気筒の数はいくつでも構わない。また、ポスト噴射時にインジェクタを停止する気筒の数は、各シリンダの排気口、排気管分岐部及びＥＧＲ分岐部の配置によって定められる。要は、シリンダの排気口と排気管分岐部の間にＥＧＲ分岐部がある場合には、当該シリンダのインジェクタのポスト噴射を停止することによって、ＥＧＲ経路への異物の侵入を防止するという所期の作用効果が得られる。
ＥＧＲ経路への異物の侵入は自動再生処理よりも手動再生処理の場合に多くなる傾向があり、本開示による再生処理は、手動再生処理の場合により効果的である。
ＥＧＲへ異物が侵入することを好適に防止できる。
１ シリンダ
２ インジェクタ
３ 排気口
１０ 排気マニホルド
１５ 排気管分岐部
１７ ＥＧＲ分岐部
２０ 吸気マニホルド
３０ 高圧ＥＧＲ装置
３１ 高圧ＥＧＲ配管（上流側）
３３ 高圧ＥＧＲクーラ
３５ 高圧ＥＧＲ配管（下流側）
３７ 高圧ＥＧＲバルブ
４０ ターボチャージャ
４１ タービン
４２ コンプレッサ
４３ 排気バルブ
４５ 排気管
５０ 排気ガス処理装置
５１ ＤＰＤ
５２ ディーゼル酸化触媒
５３ 煤捕集フィルタ
６０ ＳＣＲ
６１ 窒素酸化物還元触媒
６２ アンモニア酸化触媒
６３ 尿素インジェクタ
本開示に係る車両は、エンジンと、前記エンジンのシリンダから排出される排気ガスを排出する排気マニホルドと、前記排気マニホルドに接続された排気経路と、前記排気経路に設けられ、前記排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタを有する排気ガス処理装置と、前記排気マニホルドに接続されたＥＧＲ経路と、前記ＥＧＲ経路に設けられたＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲバルブが閉じられた状態でポスト噴射を行って前記フィルタの再生処理を実行する再生処理制御装置と、を備え、前記再生処理制御装置は、前記ポスト噴射をする際に、排気口から前記排気経路へ向かう途中に前記ＥＧＲ経路への分岐部が存在する前記シリンダのインジェクタのポスト噴射を停止する。

Claims (2)

  1. エンジンと、
    前記エンジンのシリンダから排出される排気ガスを排気経路とＥＧＲ経路に分岐して排出する排気マニホルドと、
    前記排気経路に設けられ、前記排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタを有する排気ガス処理装置と、
    ポスト噴射を行って前記フィルタの再生処理を実行する再生処理制御装置と、
    を備え、
    前記再生処理制御装置は、
    前記ポスト噴射をする際に、排気口から前記排気経路へ向かう途中に前記ＥＧＲ経路への分岐部が存在する前記シリンダのインジェクタのポスト噴射を停止する、
    車両。
  2. 前記再生処理は、停車中にエンジンをアイドリング状態にして行われる手動再生処理である、
    請求項１に記載の車両。
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