CN111989473A - 发动机系统 - Google Patents

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Abstract

发动机系统(1)具备：旁通管(旁通流路)(206)，其将排气流路中的涡轮的上游侧与下游侧连接；旁通阀(216)，其将旁通流路开闭；以及催化剂活化控制部(182)，其控制旁通阀和燃烧室的压缩比。

Description

发动机系统
技术领域
本公开涉及发动机系统。本申请主张基于在2018年4月26日提出的日本专利申请第2018-085579号的优先权的利益，将其内容援引于本申请中。
背景技术
专利文献1的十字头型发动机设有排出扫气室内的空气的吐出阀。在专利文献1中，打开吐出阀，使扫气室内的扫气压力下降，从而使发动机的效率下降，使排出气体的温度上升。由此，能够使排出气体的温度上升至选择性催化剂还原(SCR：Selectivecatalytic reduction)装置活化的温度。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-101676号公报。
发明内容
发明要解决的课题
可是，如果为了使排出气体的温度上升而使发动机的效率下降，则燃耗性能(燃費)恶化。
本公开的目的在于，提供能够提高发动机的燃耗性能的发动机系统。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本公开的发动机系统具备：燃烧室，其连接有吸入流路和排气流路；排气净化催化剂，其设于排气流路；增压器，其具有装配于排气流路的涡轮和装配于吸入流路的压缩机；旁通流路，其将排气流路中的涡轮的上游侧与下游侧连接；旁通阀，其将旁通流路开闭；以及控制部，其控制旁通阀和燃烧室的压缩比。
也可以具有变更汽缸内的活塞的上止点位置的压缩比可变机构。
也可以具有检测排气净化催化剂的温度的检测部，控制部在排气净化催化剂的温度不到第一阈值的情况下，将旁通阀控制成打开状态，将压缩比控制成比最小压缩比更大的高压缩比。
控制部也可以在排气净化催化剂的温度为第一阈值以上的情况下，将旁通阀控制成关闭状态，维持高压缩比。
控制部也可以在排气净化催化剂的温度为比第一阈值更大的第二阈值以上的情况下，将旁通阀控制成关闭状态，将压缩比控制成比高压缩比更小的低压缩比。
也可以具有检测排气净化催化剂的温度的检测部，控制部在排气净化催化剂的温度不到第一阈值的情况下，将燃料喷射时机控制成比第一燃料喷射时机更迟的第二燃料喷射时机，将压缩比控制成比最小压缩比更大的高压缩比。
控制部也可以在排气净化催化剂的温度为第一阈值以上的情况下，将燃料喷射时机控制成第一燃料喷射时机，维持高压缩比。
控制部也可以在排气净化催化剂的温度为比第一阈值更大的第二阈值以上的情况下，将燃料喷射时机控制成第一燃料喷射时机，将压缩比控制成比高压缩比更小的低压缩比。
发明的效果
依据本公开的发动机系统，能够提高发动机的燃耗性能。
附图说明
图1是示出发动机系统的整体构成的说明图。
图2A是提取活塞杆与十字头销的联接部分的提取图。
图2B是催化剂活化控制装置的功能框图。
图3A是提取变形例中的活塞杆与十字头销的联接部分的提取图。
图3B是变形例中的催化剂活化控制装置的功能框图。
图4是示出本实施方式中的催化剂活化处理的流程图的图。
图5是示出变形例中的催化剂活化处理的流程图的图。
具体实施方式
以下，参照附图同时对本公开的实施方式详细地说明。实施方式中示出的尺寸、材料、其它具体数值等只不过是用于使理解变容易的例示，除了特别阐明的情况以外，都不限定本公开。此外，在本说明书和附图中，对实质上具有相同的功能、构成的要素标记相同的符号，从而省略重复说明。另外，与本公开无直接关系的要素省略图示。
图1是示出发动机系统1的整体构成的说明图。如图1所示，发动机系统1包括发动机100和吸气排气系统200而构成。发动机100包括汽缸110、活塞112、活塞杆114、十字头116、连杆118、曲轴120、飞轮122、汽缸盖124、排气阀箱126、燃烧室128、排气阀130、排气阀驱动装置132、扫气积存部134、冷却器136以及汽缸套138而构成。
吸气排气系统200包括吸入管(吸入流路)202、排气管(排气流路)204、旁通管(旁通流路)206以及增压器C而构成。增压器C包括涡轮208、压缩机210以及涡轮轴212而构成。涡轮208装配于排气管(排气流路)204。压缩机210装配于吸入管(吸入流路)202。涡轮208和压缩机210由涡轮轴212连接(联接)。压缩机210与涡轮208一体地旋转。
在汽缸110内设有活塞112。活塞112在汽缸110内往复移动。活塞杆114的一端安装于活塞112。十字头116的十字头销150联接至活塞杆114的另一端。十字头116与活塞112一体地往复移动。由导靴116a限制十字头116的图1中左右方向(与活塞112的冲程方向垂直的方向)的移动。
十字头销150被在连杆118的一端设置的十字头轴承118a轴支承。十字头销150支撑连杆118的一端。活塞杆114的另一端和连杆118的一端经由十字头116连接。
连杆118的另一端联接至曲轴120。曲轴120能够相对于连杆118旋转。如果伴随着活塞112的往复移动而十字头116往复移动，则曲轴120旋转。
在曲轴120，安装有飞轮122。由于飞轮122的惯性，曲轴120等的旋转稳定化。汽缸盖124设于汽缸110的上端。排气阀箱126插入贯通至汽缸盖124。
排气阀箱126的一端面向活塞112。排气端口126a开口于排气阀箱126的一端。排气端口126a开口于燃烧室128。燃烧室128被汽缸盖124、汽缸110以及活塞112围绕，形成于汽缸110的内部。
排气阀130的阀体位于燃烧室128。在排气阀130的杆部，安装有排气阀驱动装置132。排气阀驱动装置132装配于排气阀箱126。排气阀驱动装置132使排气阀130沿活塞112的冲程方向移动。
如果排气阀130向活塞112侧移动，则排气端口126a开阀。如果排气端口126a开阀，则在汽缸110内产生的燃烧后的排出气体从排气端口126a排出。在排气之后，如果排气阀130向排气阀箱126侧移动，则排气端口126a闭阀。
排气管204安装于排气阀箱126。排气管204的内部与排气端口126a连通。在排气管204，装配有涡轮208和SCR装置(排气净化催化剂)214。涡轮208比SCR装置214更装配于排气管204的上游侧。从排气端口126a排出的排出气体在流通于排气管204的内部的过程中，使涡轮208旋转。SCR装置214处理排出气体，净化排出气体。SCR装置214使排出气体中的氮氧化物(NOx)减少。
在排气管204，安装有旁通管206。排气管204包括比涡轮208更靠上游侧的上游侧排气管(上游侧排气流路)204a和比涡轮208更靠下游侧的下游侧排气管(下游侧排气流路)204b而构成。旁通管206绕过涡轮208，使上游侧排气管(上游侧排气流路)204a与下游侧排气管(下游侧排气流路)204b连接。旁通管206的上游侧的端部连接至排气端口126a与涡轮208之间的排气管204。旁通管206的下游侧的端部连接至涡轮208与SCR装置214之间的排气管204。在旁通管206的内部设有旁通阀216。旁通阀216由例如蝶形阀构成。旁通阀216由马达218驱动，将旁通管206开闭。
在排气管204，装配有温度检测传感器220、尿素水供给机构U以及NOx检测传感器222。温度检测传感器220装配于涡轮208与SCR装置214之间的排气管204内。更具体地，温度检测传感器220装配于旁通管206的下游侧的端部(出口端)与SCR装置214之间的排气管204内。温度检测传感器220检测通过涡轮208或旁通管206的排出气体的温度，或者SCR装置214的温度。此外，温度检测传感器220的位置不限定于上述的位置，也可以例如设于SCR装置214。在此情况下，温度检测传感器220检测SCR装置214的温度。
尿素水供给机构U包括尿素水喷射喷嘴224、尿素水泵226、马达228以及尿素水罐230而构成。尿素水供给机构U将作为还原剂的尿素吹入至排出气体中。尿素被添加至排出气体中，从而SCR装置214能够使NOx选择性地反应而分解成氮和水。
尿素水喷射喷嘴224装配于涡轮208与SCR装置214之间的排气管204内。更具体地，尿素水喷射喷嘴224装配于旁通管206的下游侧的端部(出口端)与SCR装置214之间的排气管204内。尿素水喷射喷嘴224比温度检测传感器220更装配于下游侧。
尿素水罐230储存尿素水。尿素水泵226由马达228驱动，从而将储存于尿素水罐230的尿素水加压并送出至尿素水喷射喷嘴224。尿素水喷射喷嘴224将由尿素水泵供给的尿素水朝向SCR装置214喷雾。
NOx检测传感器222装配于比SCR装置214更靠下游侧的排气管204内。NOx检测传感器222检测通过SCR装置214之后的排出气体中的氮氧化物(NOx)的量。从排气端口126a排出的排出气体在通过排气管204被供给至增压器C的涡轮208或旁通管206之后，通过SCR装置214并被排出至外部。
吸入管202安装于扫气积存部134。吸入管202的内部与扫气积存部134连通，将外部气体(活性气体)吸入并引导至扫气积存部134。在吸入管202装配有压缩机210。压缩机210伴随着涡轮208的旋转而旋转，对活性气体加压。在此，活性气体是例如空气。加压的活性气体在扫气积存部134中由冷却器136冷却。汽缸110的下端被汽缸套138围绕。在汽缸套138的内部形成有扫气室138a。冷却后的活性气体被压入至扫气室138a。
在汽缸110的下端侧，设有扫气端口110a。扫气端口110a是从汽缸110的内周面贯通至外周面的孔。扫气端口110a沿汽缸110的周向方向隔离而设有多个。
如果活塞112移动至比扫气端口110a更靠下止点侧，则通过扫气室138a与汽缸110内的差压，活性气体被从扫气端口110a吸入至汽缸110内。
在扫气端口110a附近，或者在汽缸110中的从扫气端口110a至汽缸盖124的部位，设有未图示的气体燃料喷射阀。燃料气体在从气体燃料喷射阀喷射之后，流入至汽缸110内。
在汽缸盖124，设有未图示的先导喷射阀。适量的燃料油从先导喷射阀喷射至燃烧室128内。燃料油由于燃烧室128的热而汽化、着火、燃烧，燃烧室128升温。被活塞112压缩的燃料气体和活性气体的混合气体由于燃烧室128的热而着火并燃烧。活塞112由于燃料气体(混合气体)的燃烧所导致的膨胀压力而往复移动。在汽缸盖124，设有压力检测传感器184。压力检测传感器184检测汽缸110(燃烧室128)内的压力。
此外，压力检测传感器184、温度检测传感器220以及NOx检测传感器222连接至后述的催化剂活化控制部182，将检测值输出至催化剂活化控制部182。另外，马达218、228连接至催化剂活化控制部182，由催化剂活化控制部182控制驱动。
在此，燃料气体是使例如LNG(液化天然气)气化而生成的气体。但是，燃料气体不限于LNG，还能够适用例如LPG(液化石油气体)、使轻油、重油等气化后的气体。
在发动机100，设有压缩比可变机构V。在发动机系统1，设有使SCR装置214(催化剂)活化的催化剂活化控制装置180。催化剂活化控制装置180包括压力检测传感器184、温度检测传感器220、NOx检测传感器222等检测部、和催化剂活化控制部182而构成。催化剂活化控制部182基于从压力检测传感器184、温度检测传感器220、NOx检测传感器222等检测部得到的信号而控制旁通阀216的开度和燃烧室128的压缩比(压缩比可变机构V)。以下，对压缩比可变机构V和催化剂活化控制装置180详细描述。
图2A、图2B是压缩比可变机构V和催化剂活化控制装置180的概略构成图。图2A是提取活塞杆114与十字头销150的联接部分的提取图。图2B是催化剂活化控制装置180的功能框图。如图2A所示，在十字头销150中的活塞112侧的外周面，形成有平面部152。平面部152沿相对于活塞112的冲程方向而大致垂直的方向延伸。
在十字头销150，形成有销孔154。销孔154开口于平面部152。销孔154从平面部152沿着冲程方向朝曲轴120侧(图2A中，下侧)延伸。
在十字头销150的平面部152，设有盖部件160。盖部件160通过紧固部件162安装于十字头销150的平面部152。盖部件160覆盖销孔154。在盖部件160，设有沿冲程方向贯通的盖孔160a。
活塞杆114具有大直径部114a和小直径部114b。大直径部114a的外径比小直径部114b的外径更大。大直径部114a形成于活塞杆114的另一端。大直径部114a插入贯通至十字头销150的销孔154。小直径部114b比大直径部114a更形成于活塞杆114的一端侧。小直径部114b插入贯通至盖部件160的盖孔160a。
液压室154a形成于销孔154的内部。销孔154由大直径部114a沿冲程方向分隔。液压室154a是由大直径部114a分隔的销孔154的底面154b侧的空间。
压缩比可变机构V具备液压调整机构O。液压调整机构O包括液压配管170、液压泵172、止回阀174、分支配管176以及切换阀178而构成。
油路156的一端开口于销孔154的底面154b。油路156的另一端开口于十字头销150的外部。液压配管170连接至油路156的另一端。液压泵172与液压配管170连通。液压泵172基于来自催化剂活化控制部182的指示，将从未图示的油罐供给的工作油供给至液压配管170。在液压泵172与油路156之间设有止回阀174。由止回阀174抑制工作油从油路156侧向液压泵172侧的流动。工作油从液压泵172经由油路156被压入至液压室154a。
在液压配管170中的油路156与止回阀174之间，连接有分支配管176。在分支配管176，设有切换阀178。切换阀178是例如电磁阀。切换阀178基于来自催化剂活化控制部182的指示，被控制成打开状态或关闭状态。在液压泵172的工作中，切换阀178闭阀。在液压泵172的停止中，如果切换阀178开阀，则工作油从液压室154a被排出至分支配管176侧。切换阀178中的与油路156相反的一侧与未图示的油罐连通。排出的工作油储存于油罐。油罐将工作油供给至液压泵172。
根据液压室154a的工作油的油量，大直径部114a沿冲程方向滑动于销孔154的内周面。其结果是，活塞杆114沿冲程方向移动。活塞112与活塞杆114一体地移动。活塞杆114沿冲程方向移动，从而活塞112的上止点位置为可变的。
压缩比可变机构V包括液压室154a和活塞杆114的大直径部114a而构成。压缩比可变机构V使上死点位置移动，从而使压缩比为可变的。供给至液压室154a的工作油的油量被调整，从而压缩比可变机构V能够变更发动机100的汽缸110内的活塞112的上死点位置和下死点位置。
在此，对设有一个液压室154a的情况进行了说明。可是，由大直径部114a分隔的销孔154中的盖部件160侧的空间也可以作为液压室。该液压室也可以与液压室154a并用，也可以单独地使用。
在图2B中，主要示出与压缩比可变机构V的控制有关的构成。如图2B所示，催化剂活化控制装置180具备催化剂活化控制部182。催化剂活化控制装置180由例如ECU(EngineControl Unit，发动机控制单元)构成。催化剂活化控制装置180由中央处理装置(CPU)、存储有程序等的ROM、作为工作区的RAM等构成，控制发动机系统1整体。
催化剂活化控制部182基于从压力检测传感器184得到的信号而控制液压泵172和切换阀178，使活塞112的上止点位置移动。催化剂活化控制部182控制发动机100的几何压缩比。催化剂活化控制部182基于从温度检测传感器220和NOx检测传感器222得到的信号而控制马达218，控制旁通阀216的开度。催化剂活化控制部182控制通过旁通管206和涡轮208的排出气体的流量。催化剂活化控制部182基于从温度检测传感器220和NOx检测传感器222得到的信号而控制马达228，控制尿素水泵226。催化剂活化控制部182控制添加至排出气体(即，供给至SCR装置214)的尿素水的量。
图3A、图3B是变形例中的压缩比可变机构Va和催化剂活化控制装置180a的概略构成图。图3A是提取变形例中的活塞杆114与十字头销150的联接部分的提取图。图3B是变形例中的催化剂活化控制装置180a的功能框图。
压缩比可变机构Va包括液压室154a和活塞杆114的大直径部114a而构成。压缩比可变机构Va具备液压调整机构Oa。液压调整机构Oa包括液压泵172、摇动管302、柱塞泵304、泄放阀306、柱塞驱动部308以及泄放阀驱动部310而构成。
液压泵172基于来自催化剂活化控制部182的指示，将从未图示的油罐供给的工作油供给至摇动管302。摇动管302是将液压泵172与柱塞泵304连接的配管。摇动管302能够在伴随着十字头销150移动的柱塞泵304与液压泵172之间摇动。
柱塞泵304安装于十字头销150。柱塞泵304具有棒状的柱塞304a和可滑动地容纳柱塞304a的筒状的汽缸304b。
柱塞泵304伴随着十字头销150的移动而移动，从而柱塞304a与柱塞驱动部308接触。柱塞304a与柱塞驱动部308接触，从而柱塞泵304在汽缸304b内滑动，将汽缸304b内的工作油升压并供给到液压室154a。在汽缸304b，在设于端部的工作油的吐出侧的开口设有第一止回阀304c。另外，在汽缸304b，在设于侧周面的吸入侧的开口设有第二止回阀304d。
柱塞驱动部308基于来自催化剂活化控制部182的指示，被驱动至与柱塞304a接触的接触位置和不与柱塞304a接触的非接触位置。柱塞驱动部308与柱塞304a接触，从而将柱塞304a向汽缸304b侧推压。
关于第一止回阀304c，阀体朝向汽缸304b的内侧被偏压，从而闭阀。第一止回阀304c闭阀，从而抑制供给至液压室154a的工作油向汽缸304b内逆流。如果汽缸304b内的工作油的压力成为第一止回阀304c的偏压部件的偏压力(开阀压力)以上，则阀体被工作油推动，从而第一止回阀304c开阀。
关于第二止回阀304d，阀体朝向汽缸304b的外侧被偏压，从而闭阀。第二止回阀304d闭阀，从而抑制供给至汽缸304b的工作油向液压泵172逆流。如果从液压泵172供给的工作油的压力成为第二止回阀304d的偏压部件的偏压力(开阀压力)以上，则阀体被工作油推动，从而第二止回阀304d开阀。此外，第一止回阀304c的开阀压力被设定得比第二止回阀304d的开阀压力更高。
泄放阀306安装于十字头销150。泄放阀306连接至液压室154a和未图示的油罐。泄放阀306具有：棒状的杆306a；筒状的主体306b，其可滑动地容纳杆306a；以及阀体306c。在主体306b的内部形成有内部流路，从液压室154a排出的工作油流通于该内部流路。阀体306c装配于主体306b内的内部流路。
泄放阀306伴随着十字头销150的移动而移动，从而杆306a与泄放阀驱动部310接触。泄放阀驱动部310基于来自催化剂活化控制部182的指示，被驱动至与杆306a接触的接触位置和不与杆306a接触的非接触位置。泄放阀驱动部310与杆306a接触，从而将杆306a向主体306b侧推压。杆306a被向主体306b侧推压，从而使阀体306c开阀。阀体306c开阀，从而储存于液压室154a的工作油返回至油罐。
柱塞驱动部308和泄放阀驱动部310例如包括由凸轮板构成的机构而构成，该凸轮板使柱塞泵304与泄放阀306的相对位置变化，从而进行工作控制。柱塞驱动部308和泄放阀驱动部310包括利用致动器使驱动凸轮板的相对位置被驱动的机构而构成。
在图3B中，主要示出与压缩比可变机构Va的控制有关的构成。如图3B所示，催化剂活化控制装置180a具备催化剂活化控制部182。催化剂活化控制装置180a由例如ECU(Engine Control Unit，发动机控制单元)构成。催化剂活化控制装置180a由中央处理装置(CPU)、存储有程序等的ROM、作为工作区的RAM等构成，控制发动机系统1整体。
催化剂活化控制部182基于从压力检测传感器184得到的信号而控制液压泵172、柱塞驱动部308以及泄放阀驱动部310，使活塞112的上止点位置移动。催化剂活化控制部182控制发动机100的几何压缩比。催化剂活化控制部182基于从温度检测传感器220和NOx检测传感器222得到的信号而控制马达218，控制旁通阀216的开度。催化剂活化控制部182控制通过旁通管206和涡轮208的排出气体的流量。催化剂活化控制部182基于从温度检测传感器220和NOx检测传感器222得到的信号而控制马达228，控制尿素水泵226。催化剂活化控制部182控制添加至排出气体(即，供给至SCR装置214)的尿素水的量。
可是，如果排出气体的温度并非既定温度(例如300℃)以上，则SCR装置214难以反应。因此，在使SCR装置214工作时，在排出气体的温度不到既定温度(第一阈值)的情况下，有必要使排出气体的温度上升至既定温度以上。
对于使排出气体的温度上升的方法之一，存在使扫气室138a内的扫气压力下降的方法。以下，对通过使扫气压力下降从而使排出气体的温度上升的方法进行说明。如果扫气室138a内的扫气压力下降，则导入至汽缸110(燃烧室128)内的活性气体的量减少。如果在此状态下，燃料气体与活性气体的混合气体燃烧，则由于活性气体的导入量减少，因而与活性气体的导入量减少之前相比，燃烧温度上升。如果燃烧温度上升，则排出气体的温度也上升。这样，通过使扫气压力下降，从而能够使排出气体的温度上升。
可是，在使扫气压力下降的情况下，导入至汽缸110(燃烧室128)内的活性气体的量减少，因而燃烧室128内的燃烧恶化，发动机100的效率下降(即，燃耗性能恶化)。
于是，本实施方式的催化剂活化控制部182在SCR装置214的工作时，为了使排出气体的温度上升并同时使发动机100的燃耗性能提高，控制旁通阀216和燃烧室128的压缩比。在此，旁通阀216通常(即，在未执行使排出气体的温度上升的处理(以下，称为催化剂活化处理)时)被控制成关闭状态，使得旁通流路被关闭。
催化剂活化控制部182为了在SCR装置214的工作时使排出气体的温度上升，将旁通阀216控制成打开状态。如果旁通阀216被控制成打开状态，则排出气体的一部分未经由涡轮208，而是通过旁通管206被导入至SCR装置214。另一方面，流入至涡轮208的排出气体在使涡轮208旋转时被带走热量。因此，未经由涡轮208的排出气体成为比经由了涡轮208的排出气体更高的温度。通过将旁通阀216从关闭状态控制成打开状态，从而催化剂活化控制部182能够使排出气体的温度上升。
在此，作为使排出气体的温度上升的方法，除了将旁通阀216控制成打开状态之外，还考虑有意地使未图示的先导喷射阀的燃料喷射时机延迟的方法。催化剂活化控制部182也可以在进行催化剂活化处理的情况下，控制成使未图示的先导喷射阀的燃料喷射时机延迟。
例如，催化剂活化控制部182也可以将未图示的先导喷射阀的燃料喷射时机控制成：进行催化剂活化处理的情况比未进行催化剂活化处理的情况更迟。具体地，催化剂活化控制部182在未进行催化剂活化处理的情况下，将未图示的先导喷射阀的燃料喷射时机控制成通常的燃料喷射时机(以下，称为第一燃料喷射时机)。另一方面，催化剂活化控制部182在进行催化剂活化处理的情况下，将未图示的先导喷射阀的燃料喷射时机控制成从通常的燃料喷射时机延迟既定时间的燃料喷射时机(以下，称为第二燃料喷射时机)。
催化剂活化控制部182也可以组合旁通阀216的控制与未图示的先导喷射阀的燃料喷射时机的控制。例如，催化剂活化控制部182也可以在进行催化剂活化处理的情况下，将旁通阀216控制成打开状态，而且控制成使未图示的先导喷射阀的燃料喷射时机延迟。
如果旁通阀216被控制成打开状态，则供给至涡轮208的排出气体的流量减少，涡轮208的旋转速度下降。如果涡轮208的旋转速度下降，则压缩机210的旋转速度也下降，供给至扫气室138a的活性气体的量减少。如果供给至扫气室138a的活性气体的量减少，则扫气室138a内的扫气压力减少，如上所述，排出气体的温度进一步上升。
因此，催化剂活化控制部182通过将旁通阀216控制成打开状态，从而能够使排出气体的温度有效地上升。
催化剂活化控制部182在与将旁通阀216控制成打开状态的同时，控制燃烧室128的压缩比。在本实施方式中，同时进行旁通阀216的控制和压缩比的控制，但不限定于此，压缩比的控制也可以比旁通阀216的控制更早或更晚地进行。
在本实施方式中，催化剂活化控制部182驱动压缩比可变机构V，从而能够在从最小压缩比ε0至最大压缩比εn的范围内变更压缩比。在此，在发动机100中，根据汽缸110的耐久性，关于汽缸110内的压力而确定上限值(以下，称为汽缸内压上限值)。因此，发动机100在将一次燃烧周期中的由压力检测传感器184测定的汽缸110内的最大压力设为最大燃烧压力Pmax时，有必要将最大燃烧压力Pmax抑制在汽缸内压上限值以下。
在此，在发动机负荷变得最大的发动机全负荷(100%负荷)时，最大燃烧压力Pmax变得最大。因此，发动机100通常将燃烧室128的压缩比设定成：在发动机全负荷时，最大燃烧压力Pmax成为汽缸内压上限值。
本实施方式的压缩比可变机构V将压缩比设定成最小压缩比ε0，以便在发动机全负荷时，最大燃烧压力Pmax成为汽缸内压上限值。在本实施方式中，催化剂活化控制部182控制成：在未执行催化剂活化处理时，燃烧室128的压缩比成为最小压缩比ε0。即，催化剂活化控制部182在未执行催化剂活化处理时，无论发动机负荷如何，都将燃烧室128的压缩比固定成最小压缩比ε0。
另一方面，催化剂活化控制部182在SCR装置214的工作开始时(即，在执行催化剂活化处理时)，将燃烧室128的压缩比控制成比最小压缩比ε0更大的压缩比。如果使压缩比增加，则最大燃烧压力Pmax也变大。如果最大燃烧压力Pmax变大，则发动机100的效率也提高，能够使燃耗消耗量减少(即，改进燃耗性能)。
但是，由于在发动机100中，汽缸内压上限值被确定，因而催化剂活化控制部182控制压缩比，以便在使压缩比增加的情况下，最大燃烧压力Pmax不超过预先设定的汽缸内压上限值。如上所述，最大燃烧压力Pmax越大，就越能够改进燃耗性能。在最大燃烧压力Pmax成为预先设定的汽缸内压上限值时，能够最大程度地改进燃耗性能。催化剂活化控制部182控制压缩比(压缩比可变机构V)，以便在使压缩比增加的情况下，最大燃烧压力Pmax接近预先设定的汽缸内压上限值。
如果使压缩比增加，则燃烧温度也上升。如果燃烧温度上升，则排出气体的温度也上升。这样，催化剂活化控制部182使压缩比与最小压缩比ε0相比而增加，从而能够使排出气体的温度上升。
通过以上，催化剂活化控制部182在使SCR装置214工作时，控制旁通阀216的开度和燃烧室128的压缩比，从而能够使排出气体的温度上升并同时使发动机100的燃耗性能提高。
图4是示出本实施方式中的催化剂活化处理的流程图的图。
首先，催化剂活化控制部182基于从NOx检测传感器222输出的信号而检测目前的NOx的量(步骤S102)。接着，催化剂活化控制部182判定所检测的NOx的量(以下，称为NOx检测量)是否为既定量以上(步骤S104)。催化剂活化控制部182在NOx检测量为既定量以上的情况下(在步骤S104中为“是”)，前进至步骤S106。另一方面，催化剂活化控制部182在NOx检测量不到既定量的情况下(在步骤S104中为“否”)，前进至步骤S118。
在步骤S104中为“是”的情况下，NOx检测量为既定量以上，因而催化剂活化控制部182为了使NOx的量减少，开始SCR装置214的工作。在SCR装置214的工作开始时，催化剂活化控制部182基于从温度检测传感器220输出的信号而检测排出气体的温度(步骤S106)。在此，催化剂活化控制部182也可以从所检测的排出气体的温度推测SCR装置214的温度。另外，在温度检测传感器220设于SCR装置214的情况下，催化剂活化控制部182也可以基于从温度检测传感器220输出的信号而检测SCR装置214的温度。
催化剂活化控制部182将所检测的温度的值(以下，称为温度检测值)与第一阈值(例如300℃)比较，判定温度检测值是否不到第一阈值(步骤S108)。在温度检测值不到第一阈值的情况下(在步骤S108中为“是”)，前进至步骤S110。在温度检测值为第一阈值以上的情况下(在步骤S108中为“否”)，前进至步骤S112。
在步骤S108中为“是”的情况下，SCR装置214的温度不到300℃(不到催化剂活化温度)，因而催化剂活化控制部182为了使SCR装置214的温度上升，执行使排出气体的温度上升的处理。即，催化剂活化控制部182将旁通阀216控制成打开状态，将燃烧室128的压缩比控制成高压缩比(步骤S110)。在此，高压缩比是最大压缩比εn，或者最大燃烧压力Pmax最接近预先设定的汽缸内压上限值的压缩比。但是，不限定于此，高压缩比也可以是比最小压缩比ε0更大的压缩比。
在步骤S108中为“否”的情况下，催化剂活化控制部182将温度检测值与第二阈值(例如，SCR装置214的最大容许温度)比较，判定温度检测值是否不到第二阈值(步骤S112)。在此，第二阈值是比第一阈值更大的值，例如是超过SCR装置214的催化剂活化温度的温度，或者在SCR装置214中预先设定的最大容许温度。在温度检测值不到第二阈值的情况下(在步骤S112中为“是”)，前进至步骤S114。在温度检测值为第二阈值以上的情况下(在步骤S112中为“否”)，前进至步骤S116。
在步骤S112中为“是”的情况下，SCR装置214的温度成为300℃以上而且不到最大容许温度的温度(催化剂活化温度)，因而催化剂活化控制部182执行使发动机100的燃耗性能提高的处理。即，催化剂活化控制部182将旁通阀216控制成关闭状态，将燃烧室128的压缩比控制(维持)成高压缩比(步骤S114)。在步骤S114中，由于温度检测值为300℃以上，因而将旁通阀216控制成关闭状态，从而抑制排出气体的温度上升。
在此，如果旁通阀216成为关闭状态，则通过旁通管206的排出气体流入至涡轮208，因而通过涡轮208的排出气体的流量增加。如果通过涡轮208的排出气体的流量增加，则涡轮208的旋转速度上升，压缩机210的旋转速度也上升。由此，扫气压力上升，燃烧室128内的最大燃烧压力Pmax变大，发动机100的效率提高(改进燃耗性能)。
然而，如果旁通阀216成为关闭状态，则排出气体流入至涡轮208，使涡轮208旋转，从而被带走热量。因此，SCR装置214的温度有可能下降至不到300℃。所以优选的是，催化剂活化控制部182将旁通阀216控制成关闭状态，而且将燃烧室128的压缩比控制成高压缩比。通过将燃烧室128的压缩比控制成高压缩比，从而能够使排出气体的温度上升，因而能够抑制通过涡轮208的排出气体的温度降低。
在步骤S112中为“否”的情况下，SCR装置214的温度为最大容许温度以上，因而催化剂活化控制部182为了使SCR装置214的温度下降，执行使排出气体的温度下降的处理。即，催化剂活化控制部182将旁通阀216控制成关闭状态，将燃烧室128的压缩比控制成低压缩比(步骤S116)。在此，低压缩比是最小压缩比ε0。但是，不限定于此，低压缩比也可以是比最大压缩比εn更小的压缩比，或者比最大燃烧压力Pmax最接近预先设定的汽缸内压上限值的压缩比更小的压缩比。通过使旁通阀216成为关闭状态，将燃烧室128的压缩比控制成低压缩比，从而能够使排出气体的温度下降至不到最大容许温度。
在步骤S104中为“否”的情况下，NOx检测量不到既定量，因而催化剂活化控制部182使SCR装置214的工作结束。即，催化剂活化控制部182将旁通阀216控制成关闭状态，将燃烧室128的压缩比控制成低压缩比(步骤S118)，结束催化剂活化处理。
图5是示出变形例中的催化剂活化处理的流程图的图。本变形例的催化剂活化处理代替上述实施方式的旁通阀216的控制，控制未图示的先导喷射阀的燃料喷射时机。因此，本变形例的催化剂活化处理代替图4所示的步骤S110、S114、S116、S118，具有图5所示的步骤S210、S214、S216、S218。以下，对本变形例的催化剂活化处理进行说明。
首先，催化剂活化控制部182基于从NOx检测传感器222输出的信号而检测目前的NOx的量(步骤S102)。接着，催化剂活化控制部182判定NOx检测量是否为既定量以上(步骤S104)。催化剂活化控制部182在NOx检测量为既定量以上的情况下(在步骤S104中为“是”)，前进至步骤S106。另一方面，催化剂活化控制部182在NOx检测量不到既定量的情况下(在步骤S104中为“否”)，前进至步骤S218。
在步骤S104中为“是”的情况下，NOx检测量为既定量以上，因而催化剂活化控制部182为了使NOx的量减少，开始SCR装置214的工作。在SCR装置214的工作开始时，催化剂活化控制部182基于从温度检测传感器220输出的信号而检测排出气体的温度(步骤S106)。
催化剂活化控制部182将温度检测值与第一阈值(例如300℃)比较，判定温度检测值是否不到第一阈值(步骤S108)。在温度检测值不到第一阈值的情况下(在步骤S108中为“是”)，前进至步骤S210。在温度检测值为第一阈值以上的情况下(在步骤S108中为“否”)，前进至步骤S112。
在步骤S108中为“是”的情况下，SCR装置214的温度不到300℃(不到催化剂活化温度)，因而催化剂活化控制部182为了使SCR装置214的温度上升，执行使排出气体的温度上升的处理。即，催化剂活化控制部182将未图示的先导喷射阀的燃料喷射时机控制成第二燃料喷射时机，将燃烧室128的压缩比控制成高压缩比(步骤S210)。
在步骤S108中为“否”的情况下，催化剂活化控制部182将温度检测值与第二阈值(例如，SCR装置214的最大容许温度)比较，判定温度检测值是否不到第二阈值(步骤S112)。在温度检测值不到第二阈值的情况下(在步骤S112中为“是”)，前进至步骤S214。在温度检测值为第二阈值以上的情况下(在步骤S112中为“否”)，前进至步骤S216。
在步骤S112中为“是”的情况下，SCR装置214的温度成为300℃以上而且不到最大容许温度的温度(催化剂活化温度)，因而催化剂活化控制部182执行使发动机100的燃耗性能提高的处理。即，催化剂活化控制部182将未图示的先导喷射阀的燃料喷射时机控制成第一燃料喷射时机，将燃烧室128的压缩比控制(维持)成高压缩比(步骤S214)。在步骤S214中，由于温度检测值为300℃以上，因而将未图示的先导喷射阀的燃料喷射时机控制成第一燃料喷射时机，从而抑制排出气体的温度上升。
在步骤S112中为“否”的情况下，SCR装置214的温度为最大容许温度以上，因而催化剂活化控制部182为了使SCR装置214的温度下降，执行使排出气体的温度下降的处理。即，催化剂活化控制部182将未图示的先导喷射阀的燃料喷射时机控制成第一燃料喷射时机，将燃烧室128的压缩比控制成低压缩比(步骤S216)。通过使未图示的先导喷射阀的燃料喷射时机为第一燃料喷射时机，将燃烧室128的压缩比控制成低压缩比，从而能够使排出气体的温度下降至不到最大容许温度。
在步骤S104中为“否”的情况下，NOx检测量不到既定量，因而催化剂活化控制部182使SCR装置214的工作结束。即，催化剂活化控制部182将未图示的先导喷射阀的燃料喷射时机控制成第一燃料喷射时机，将燃烧室128的压缩比控制成低压缩比(步骤S218)，结束催化剂活化处理。
以上，参照附图同时对本公开的实施方式进行了说明，但本公开当然不限定于所涉及的实施方式。只要是本领域技术人员，就了解到，显然能够在权利要求书所记载的范畴内想到各种变更例或修正例，关于这些示例，当然也属于本公开的技术的范围。
例如，在上述的实施方式中，举例说明了二冲程型、单流扫气式、十字头型的发动机100。可是，发动机的种类不限于二冲程型、单流扫气式、十字头型。只要至少是发动机即可。另外，在上述的实施方式中，对将气体燃料(燃料气体)供给至汽缸110(燃烧室128)内的示例进行了说明。可是，不限定于此，也可以将液体燃料供给至汽缸110(燃烧室128)内。另外，发动机100也可以是例如将气体燃料和液体燃料分开使用的双燃料型。另外，发动机100不限于船舶用，也可以是例如汽车用。
在上述的实施方式中，对如下的示例进行了说明：催化剂活化控制部182在由温度检测传感器220检测的温度为第一阈值以上且不到第二阈值的情况下，将燃烧室128的压缩比控制成高压缩比。可是，不限定于此，催化剂活化控制部182也可以在由温度检测传感器220检测的温度为第一阈值以上且不到第二阈值的情况下，将燃烧室128的压缩比控制成低压缩比。
在上述的实施方式中，对如下的示例进行了说明：催化剂活化控制部182在由温度检测传感器220检测的温度为第一阈值以上且不到第二阈值的情况下，维持在不到第一阈值的情况下的压缩比。可是，不限定于此，催化剂活化控制部182也可以在由温度检测传感器220检测的温度为第一阈值以上且不到第二阈值的情况下，变更在不到第一阈值的情况下的压缩比。例如，在运转条件(发动机负荷)相等的状态的情况下，催化剂活化控制部182也可以使在由温度检测传感器220检测的温度不到第一阈值的情况下的压缩比与在第一阈值以上的情况下的压缩比相比而更高。另外，在运转条件(发动机负荷)相等的状态的情况下，也可以使在由温度检测传感器220检测的温度不到第一阈值、和在第一阈值以上且不到第二阈值的情况下的压缩比与在第二阈值以上的情况下的压缩比相比而更高。
产业上的可利用性
本公开能够利用于发动机系统。
符号说明
1 发动机系统
110 汽缸
112 活塞
128 燃烧室
182 催化剂活化控制部
202 吸入管(吸入流路)
204 排气管(排气流路)
206 旁通管(旁通流路)
208 涡轮
210 压缩机
214 SCR装置(排气净化催化剂)
216 旁通阀
220 温度检测传感器(检测部)
C 增压器
V 压缩比可变机构
Va 压缩比可变机构。

Claims (8)

1.一种发动机系统，具备：
燃烧室，其连接有吸入流路和排气流路；
排气净化催化剂，其设于所述排气流路；
增压器，其具有装配于所述排气流路的涡轮和装配于所述吸入流路的压缩机；
旁通流路，其将所述排气流路中的所述涡轮的上游侧与下游侧连接；
旁通阀，其将所述旁通流路开闭；以及
控制部，其控制所述旁通阀和所述燃烧室的压缩比。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，
具有变更汽缸内的活塞的上止点位置的压缩比可变机构。
3.根据权利要求1或2所述的发动机系统，其特征在于，
具有检测所述排气净化催化剂的温度的检测部，
所述控制部在所述排气净化催化剂的温度不到第一阈值的情况下，将所述旁通阀控制成打开状态，将所述压缩比控制成比最小压缩比更大的高压缩比。
4.根据权利要求3所述的发动机系统，其特征在于，
所述控制部在所述排气净化催化剂的温度为所述第一阈值以上的情况下，将所述旁通阀控制成关闭状态，维持所述高压缩比。
5.根据权利要求3或4所述的发动机系统，其特征在于，
所述控制部在所述排气净化催化剂的温度为比所述第一阈值更大的第二阈值以上的情况下，将所述旁通阀控制成关闭状态，将所述压缩比控制成比所述高压缩比更小的低压缩比。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的发动机系统，其特征在于，
具有检测所述排气净化催化剂的温度的检测部，
所述控制部在所述排气净化催化剂的温度不到第一阈值的情况下，将燃料喷射时机控制成比第一燃料喷射时机更迟的第二燃料喷射时机，将所述压缩比控制成比最小压缩比更大的高压缩比。
7.根据权利要求6所述的发动机系统，其特征在于，
所述控制部在所述排气净化催化剂的温度为所述第一阈值以上的情况下，将所述燃料喷射时机控制成所述第一燃料喷射时机，维持所述高压缩比。
8.根据权利要求6或7所述的发动机系统，其特征在于，
所述控制部在所述排气净化催化剂的温度为比所述第一阈值更大的第二阈值以上的情况下，将所述燃料喷射时机控制成所述第一燃料喷射时机，将所述压缩比控制成比所述高压缩比更小的低压缩比。
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