JP2016089730A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ装置及びＳＣＲ触媒を備えるエンジンにおいて周囲の環境等を考慮してＳＣＲ触媒のヒーティングを行う構成を提供する。【解決手段】エンジンは、尿素水噴射部と、ＳＣＲ触媒と、ＥＧＲ装置と、制御部と、を備える。尿素水噴射部は、排気ガスが排出される経路に尿素水を噴射する。ＳＣＲ触媒は、尿素水噴射部が噴射した尿素から得られるアンモニアを取り込むことで、通過する排気ガスの窒素酸化物を除去する。ＥＧＲ装置は、排気ガスの少なくとも一部を吸気系に供給する。制御部は、通常モードと、ＳＣＲ触媒の温度を上昇させるＳＣＲヒーティングモードと、を切替可能である。制御部は、ＥＧＲ装置を動作させる第１ＳＣＲヒーティングモードと、ＥＧＲを動作させない第２ＳＣＲヒーティングモードと、をＳＣＲヒーティングモードとして実行可能である。【選択図】図１１

Description

本発明は、尿素水を噴射して排気ガスに含まれる窒素酸化物を低減するエンジンに関する。

従来から、選択触媒還元（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ、ＳＣＲ）を用いて排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するエンジンが知られている。この種のエンジンは、尿素水を噴射する尿素水噴射部と、ＳＣＲ触媒と、を備える。尿素水噴射部は、排気ガスが通る経路に尿素水を噴射する。尿素水に含まれる尿素は、高温の排気ガスに触れることで、加水分解してアンモニアとなる。ＳＣＲ触媒は、アンモニアを吸着するゼオライト又はセラミック等の素材で構成されている。排気ガスに含まれるＮＯｘは、アンモニアを吸着したＳＣＲ触媒に触れることで還元され、窒素と水に変化する。これにより、ＮＯｘの排出量を抑えることができる。特許文献１及び２は、この種の技術を開示する。

特許文献１では、ＳＣＲ触媒の温度が所定未満だとＳＣＲ触媒が排気ガス中のＮＯｘを十分に除去できないこと、及び、排気ガス温度が低い状況では尿素水の加水分解が十分に行われないことを考慮したＳＣＲシステムが開示されている。このＳＣＲシステムでは、燃料噴射のタイミングを遅らせる（リタード量を増加させる）ことでＳＣＲ触媒の周囲の温度を上昇させる制御を行う。リタード量は、エンジン回転数及び噴射量に加え、大気圧、外気温度、及び冷却水温度に基づいて決定される。

特許文献２のＳＣＲシステムは、ＳＣＲ触媒の上流と下流に配置したＮＯｘセンサの検出量に基づいて尿素水の噴射量を制御する。しかし、ＮＯｘセンサは、起動してからしばらくの間は、周囲の温度が低いためＮＯｘを精度良く検出できない。そのため、特許文献２のＳＣＲシステムは、エンジンの始動後等においては、ＮＯｘセンサを利用することなく尿素水の噴射量を制御する。具体的には、エンジン回転数及び噴射量に加え、大気圧、外気温度、及び冷却水温度に基づいて尿素水の噴射量が決定される。

特許第５５０５０７６号公報 特開２０１３−７２３９１号公報

しかし、特許文献１では、ＥＧＲ装置を備える構成が開示されていないので、ＳＣＲ触媒をヒーティングする際にＥＧＲ装置をどのように制御するかについては開示も示唆もされていない。また、特許文献１では、モードを切り替えてＳＣＲ触媒をヒーティングするという概念がないため、例えばＳＣＲ触媒のヒーティングが不要な場合においてもリタード量の演算が行われる。ＳＣＲ触媒のヒーティングが不要な場合はリタード量はゼロになるが、演算自体は行われるため、処理量が増大してしまう。

また、特許文献２では予備ヒーティング制御を行う旨を記載するにとどまり、予備ヒーティング制御を行う際にＥＧＲ装置をどのように制御するかについては開示されていない。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、ＥＧＲ装置及びＳＣＲ触媒を備えるエンジンにおいて周囲の環境等を考慮してＳＣＲ触媒のヒーティングを行う構成を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成のエンジンが提供される。即ち、このエンジンは、尿素水噴射部と、ＳＣＲ触媒と、ＥＧＲ装置と、制御部と、を備える。前記尿素水噴射部は、排気ガスが通過する経路に尿素水を噴射する。前記ＳＣＲ触媒は、排気ガスが通過する経路に配置され、前記尿素水噴射部が噴射した尿素から得られるアンモニアを取り込むことで、通過する排気ガスに含まれる窒素酸化物を除去する。前記ＥＧＲ装置は、排気ガスの少なくとも一部を吸気系に供給する。前記制御部は、通常モードと、前記ＳＣＲ触媒の温度を上昇させるＳＣＲヒーティングモードと、を切替可能である。前記制御部は、前記ＥＧＲ装置を動作させる第１ＳＣＲヒーティングモードと、前記ＥＧＲ装置を動作させない第２ＳＣＲヒーティングモードと、を前記ＳＣＲヒーティングモードとして実行可能である。

これにより、ＳＣＲ触媒の昇温能力が低いが尿素水及び燃料の消費量を低減できる第１ＳＣＲヒーティングモードと、尿素水及び燃料の消費量が高いがＳＣＲ触媒の昇温能力が高い第２ＳＣＲヒーティングモードを使い分けることで、使用環境、使用地域、及び搭載される対象等に応じた適切なヒーティングを行うことができる。

前記のエンジンにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このエンジンは、前記第１ＳＣＲヒーティングモードと前記第２ＳＣＲヒーティングモードの何れを用いるかが予め記憶された記憶部を備える。前記制御部は、前記記憶部に記憶された方の前記ＳＣＲヒーティングモードと、通常モードと、を用いる。

これにより、使用環境等を考慮した場合に一方のみのＳＣＲヒーティングモードを用いてヒーティングを行うことが好ましい場合は、上記の構成を採用することで、制御を簡単にしつつ適切なヒーティングを行うことができる。

前記のエンジンにおいては、前記制御部は、エンジンの始動後において、周囲の環境に関連する値の検出結果、又は、エンジン運転状態に基づいて、前記第１ＳＣＲヒーティングモードと前記第２ＳＣＲヒーティングモードを切り替えることが好ましい。

これにより、周囲の環境やエンジン運転状態を考慮して、適切なＳＣＲヒーティングモードを用いてヒーティングを行うことができる。

前記のエンジンにおいては、前記制御部は、エンジン始動からの経過時間が所定以下の場合は、前記ＳＣＲヒーティングモードとして、前記第２ＳＣＲヒーティングモードを用いることが好ましい。

これにより、エンジン始動時は通常はＳＣＲ触媒の温度が低いので、第２ＳＣＲヒーティングモードを用いてヒーティングを行うことで、ＳＣＲ触媒を素早く昇温させることができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの斜視図。 エンジンの吸気マニホールド側の側面図。 エンジンの吸気及び排気の流れを模式的に示す説明図。 エンジン制御に係るブロック図。 燃料噴射の名称とタイミングを模式的に示す説明図。 通常モードとＳＣＲヒーティングモードにおいて行う処理の一例を示す表。 通常モードとＳＣＲヒーティングモードを切り替える処理を示すフローチャート。 モード切替温度が２つ設定された場合にモードが切り替わる例を示すグラフ。 モード切替温度が２つ設定された場合において、通常モードとＳＣＲヒーティングモードを切り替える処理を示すフローチャート。 通常モード、第１ＳＣＲヒーティングモード、及び第２ＳＣＲヒーティングモードにおいて行う制御の一例を示す表。 第１ＳＣＲヒーティングモードと第２ＳＣＲヒーティングモードの特徴を比較する表。 通常モード、第１ＳＣＲヒーティングモード、及び第２ＳＣＲヒーティングモードのＳＣＲ触媒の昇温能力を比較するグラフ。 予めに設定された情報に基づいてＳＣＲヒーティングモードを行う場合の制御を示すフローチャート。 センサ群から取得した情報に基づいてＳＣＲヒーティングモードを切り替える場合の制御を示すフローチャート。 本実施形態のエンジンをトラクタに適用した様子を示す側面図。 本実施形態のエンジンをトラクタに適用した様子を示す平面図。 本実施形態のエンジンをコンバインに適用した様子を示す側面図。 本実施形態のエンジンをコンバインに適用した様子を示す平面図。 本実施形態のエンジンをスキッドステアローダに適用した様子を示す側面図。 本実施形態のエンジンをスキッドステアローダに適用した様子を示す平面図。

次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。初めに図１から図５を参照して、本実施形態のエンジン１００の基本的な構成について説明する。エンジン１００は、ディーゼルエンジンであり、トラクタ等の農業機械及びスキッドステアローダ等の建設機械等に搭載される。

図１及び図２に示すように、エンジン１００の下部には、オイルパン１が配置されている。オイルパン１は、エンジンオイルを貯めておくための容器状の部品である。オイルパン１の上側には、シリンダブロック２が配置されている。シリンダブロック２の内部には、ピストン及びクランクシャフト等が配置される。シリンダブロック２の上側には、シリンダヘッド３が配置されている。シリンダヘッド３には、燃焼室へ燃料を噴射するインジェクタ等が取り付けられる。

シリンダブロック２の側面には、冷却ファン４が配置されている。冷却ファン４は、多数の羽根を有しており、これらを回転させることで風を発生させることができる。また、冷却ファン４に対面する位置には、ラジエータ５が配置されている。ラジエータ５は、冷却水を循環させるための循環経路を有している。冷却ファン４は、ラジエータ５に風を当てることで、冷却水を冷却することができる。なお、図４のブロック図に示すように、エンジン１００は、冷却水の温度を検出してＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）８０へ出力する冷却水温度センサ８１を備える。

ＥＣＵ８０は、図４に示すように、制御部８０ａと、記憶部８０ｂと、を備える。制御部８０ａは、図略のＣＰＵ等から構成されている。制御部８０ａは、図４に示すように、センサ群の様々なセンサからの情報に基づいて、アクチュエータ群の様々なアクチュエータに制御指令を送り、エンジン１００を動作させるための各種のパラメータ（例えば、燃料噴射量や、空気吸入量や、排気ガス還元量等）を制御する。

記憶部８０ｂは、図略のＲＯＭ及びＲＡＭ等から構成される。記憶部８０ｂは、各種プログラムを記憶するとともに、エンジン１００の制御に関して予め設定された複数の制御情報を記憶している。

シリンダブロック２の側面のうち、冷却ファン４の反対側の側面には、フライホイールハウジング６が配置されている。フライホイールハウジング６の内部には、フライホイールが配置されている。エンジン１００の動力は、フライホイールから取り出される。

図１から図３に示すように、エンジン１００は、吸気系の部材として、吸入部１１と、過給機１２と、吸気管接続部１３と、吸気スロットル（吸気絞り装置）１４と、吸気マニホールド１５と、を備える。

吸入部１１は、後述のエアクリーナを介して、外部から気体を吸入する。なお、図４に示すように、エンジン１００は、大気圧を検出してＥＣＵ８０へ出力する大気圧センサ８２を備える。

過給機１２は、図３に示すように、タービンホイール１２ａ及びコンプレッサホイール１２ｂを備える。タービンホイール１２ａは、排気ガスを利用して回転するように構成されている。コンプレッサホイール１２ｂは、タービンホイール１２ａと同じシャフト１２ｃに接続されており、タービンホイール１２ａの回転に伴って回転する。このようにコンプレッサホイール１２ｂが回転することにより、空気を圧縮して強制的に吸気を行うことができる。

過給機１２によって吸入された気体は、図略の吸気管、図２に示す吸気管接続部１３、図３に示す吸気スロットル１４を介して、吸気マニホールド１５に供給される。吸気スロットル１４は、スロットルバルブを備えている。吸気スロットル１４は、スロットルバルブの開度を調整することで、吸気マニホールド１５（即ち燃焼室）に供給される気体の量を変化させることができる。スロットルバルブの開度は、ＥＣＵ８０によって制御される。

吸気マニホールド１５は、供給された気体をシリンダ数に応じた数（本実施形態では４つ）に分けて燃焼室へ供給する。また、吸気マニホールド１５には、図３に示すように、吸気温度センサ８４が取り付けられている。吸気温度センサ８４は、吸気マニホールド１５内の気体の温度を検出してＥＣＵ８０へ出力する。

図２に示すように、吸気マニホールド１５の下方にはコモンレール２２が配置されている。コモンレール２２は、燃料ポンプ２１から供給された燃料を高圧で蓄え、シリンダヘッドに配置されたインジェクタ２３（燃料噴射装置、図３を参照）へ供給する。

インジェクタ２３は、所定のタイミングで燃焼室に燃料を噴射する。インジェクタ２３は、図５に示すように上死点（ＴＤＣ）の近傍でメイン噴射を行うように構成されている。また、インジェクタ２３は、このメイン噴射の直前に騒音低減のためのプレ噴射を行ったり、プレ噴射の更に前のタイミングでＮＯｘ低減及び騒音低減のためのパイロット噴射を行ったりすることができる。また、インジェクタ２３は、メイン噴射の直後にＰＭの低減及び排気ガスの浄化促進及び温度上昇を目的としたアフター噴射を行ったり、アフター噴射の更に後のタイミングで温度上昇等を目的としたポスト噴射を行ったりすることができる。なお、インジェクタ２３は、インジェクタ電磁弁２４（図４を参照）を備える。インジェクタ電磁弁２４は、ＥＣＵ８０の指示に応じたタイミングで開閉することにより、燃焼室に燃料を噴射する。

燃焼室に噴射された燃料が燃焼することにより、ピストンを上下に駆動させて、クランクシャフトを回転させることができる。なお、エンジン１００は、エンジン回転数（回転速度、所定時間あたりの回転数）を検出するエンジン回転数検出センサ８３を備える。エンジン回転数検出センサ８３は、検出したエンジン回転数をＥＣＵ８０へ出力する。

また、図１から図３に示すように、エンジン１００は、排気マニホールド３１と、ＥＧＲ装置３２と、排気ガス浄化装置４０と、を備える。

排気マニホールド３１は、複数の燃焼室で発生した排気ガスをまとめて過給機１２のタービンホイール１２ａへ供給する。また、排気マニホールド３１には、排気温度センサ８５が取り付けられている。排気温度センサ８５は、排気マニホールド３１内の気体の温度を検出してＥＣＵ８０へ出力する。排気マニホールド３１を通過した気体は、一部がＥＧＲ装置３２へ供給されるとともに、残りが排気ガス浄化装置４０へ供給される。

ＥＧＲ装置３２は、ＥＧＲクーラ３３と、ＥＧＲ管３４と、ＥＧＲバルブ３５と、を備えている。ＥＧＲクーラ３３は、吸気系へ還流される排気ガスを冷却する。ＥＧＲ管３４は、ＥＧＲクーラ３３が冷却した排気ガスを吸気系へ還流する。また、ＥＧＲ装置３２は、ＥＧＲバルブ３５の開度を調整することで、吸気マニホールド１５に供給される排気ガスの量を変化させることができる。ＥＧＲバルブ３５のバルブ開度は、ＥＣＵ８０によって制御される。

排気ガス浄化装置４０は、ＤＰＦ装置５０と、ＳＣＲ装置６０と、を備える。エンジン１００は、排気ガス浄化装置４０の支持及び固定を行う部材として、支持台４１と、ケース固定体４２と、ケース締結バンド４３と、を備える。

支持台４１は、シリンダヘッド３の上部に配置され、縁が下方に折り曲げられた矩形状の部材である。ケース固定体４２は、支持台４１の上部に配置され、ＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０の下方に接触する。ケース締結バンド４３は、ケース固定体４２に取り付け可能に構成された可撓性を有する部材である。ケース固定体４２及びケース締結バンド４３でＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０を挟み込むことで、ＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０が固定される。

ＤＰＦ装置５０は、排気ガスに含まれる粒子状物質（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ、ＰＭ）を除去する。ＤＰＦ装置５０は、ＤＰＦケース５１と、酸化触媒５２と、フィルタ５３と、を備える。

ＤＰＦケース５１は、略円筒状の中空の部材であり、内部に酸化触媒５２及びフィルタ５３が配置される。酸化触媒５２は、白金等で構成されており、排気ガスに含まれる未燃燃料、一酸化炭素、一酸化窒素等を酸化（燃焼）するための触媒である。フィルタ５３は、例えばフォールフロー型のフィルタとして構成されており、酸化触媒５２で処理された排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する。

また、ＤＰＦケース５１には、酸化触媒温度センサ８６と、フィルタ温度センサ８７と、差圧センサ８８と、が取り付けられている。酸化触媒温度センサ８６は、ＤＰＦケース５１の入口近傍（酸化触媒５２の排気上流側）の温度を検出してＥＣＵ８０へ出力する。フィルタ温度センサ８７は、酸化触媒５２及びフィルタ５３の間（フィルタ５３の上流側）の温度を検出してＥＣＵ８０へ出力する。差圧センサ８８は、フィルタ５３の上流側（酸化触媒５２の下流側）と、フィルタ５３の下流側の圧力差を検出してＥＣＵ８０へ出力する。

ＤＰＦ装置５０を通過した排気ガスは、ＤＰＦ出口管４４、尿素混合管４５、及びＳＣＲ入口管４６を経由して、ＳＣＲ装置６０へ送られる。ＤＰＦ出口管４４は、ＤＰＦ装置５０の下流側の端部と接続されている。ＤＰＦ出口管４４には、排気ガスのＮＯｘ濃度を検出する上流ＮＯｘセンサ８９が取り付けられている。上流ＮＯｘセンサ８９は、検出したＮＯｘ濃度をＥＣＵ８０へ出力する。

尿素混合管４５は、ＤＰＦ出口管４４と略直角をなすように接続されている。尿素混合管４５の長手方向は、ＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０の長手方向と平行である。尿素混合管４５の上流側の端部近傍には、尿素水噴射部４７が取り付けられている。尿素水噴射部４７は、尿素水を噴射する尿素水噴射ノズル４７ａと、尿素水噴射ノズル４７ａに尿素水を供給する尿素水噴射管４７ｂと、を備える。尿素混合管４５に尿素水を噴射することで、尿素が加水分解してアンモニアが発生する。

なお、尿素水噴射部４７は、ＤＣＵ（Ｄｏｓｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）９５によって、尿素水の噴射の有無及び噴射量が制御されている。ＤＣＵ９５は、例えば排気ガスの温度が、尿素がアンモニアに加水分解する温度を経過したときに、尿素水の噴射を開始する。なお、１つの制御装置がＥＣＵ８０及びＤＣＵ９５の機能を有していても良い。

ＳＣＲ装置６０は、ＳＣＲ入口管４６を介して導入された排気ガスに含まれるＮＯｘを除去する。ＳＣＲ装置６０は、ＳＣＲケース６１と、ＳＣＲ触媒６２と、スリップ触媒６３と、を備える。

ＳＣＲケース６１は、略円筒状の中空の部材であり、内部にＳＣＲ触媒６２及びスリップ触媒６３が配置される。ＳＣＲ触媒６２は、アンモニアを吸着するセラミック等の素材で構成されている。尿素水噴射部４７が尿素水を噴射することで生成されたアンモニアはＳＣＲ触媒６２に吸着する。排気ガスに含まれるＮＯｘは、アンモニアを吸着したＳＣＲ触媒６２に触れることで還元され、窒素と水に変化する。

スリップ触媒６３は、アンモニアを酸化させる白金等の触媒であり、アンモニアを酸化させて窒素と水に変化させる。スリップ触媒６３は、ＳＣＲ触媒６２から脱離したりＳＣＲ触媒６２に吸着されなかったアンモニアが外部に放出されることを防止する触媒である。排気ガスは、スリップ触媒６３を通過した後に所定の排気管を通った後に外部へ放出される。以上のように尿素水噴射部４７及びＳＣＲ触媒６２を備えることで、排気ガスに含まれるＮＯｘを除去することができる。

また、ＳＣＲ触媒６２の上流側には、ＳＣＲ触媒温度センサ９０が取り付けられている。ＳＣＲ触媒温度センサ９０は、ＳＣＲ触媒６２の直ぐ上流の温度（以下、ＳＣＲ触媒温度）を検出してＥＣＵ８０へ出力する。なお、ＳＣＲ触媒温度の検出方法は任意であり、ＳＣＲ触媒６２の下流に温度センサを設けてその検出値を用いても良いし、上流及び下流に温度センサを設けてそれらの検出値の平均値等を用いても良い。また、これらの温度センサから得られた検出値をエンジン運転状態等に基づいて補正しても良い。

また、スリップ触媒６３の下流側には、下流ＮＯｘセンサ９１が取り付けられている。下流ＮＯｘセンサ９１は、検出したＮＯｘ濃度をＥＣＵ８０へ出力する。

次に、通常モードとＳＣＲヒーティングモードについて説明する。初めに、図６を参照して通常モードとＳＣＲヒーティングモードで行われる処理の違いについて説明する。

上述したように、ＳＣＲ触媒温度が低い場合、ＳＣＲ触媒６２が排気ガス中のＮＯｘを十分に除去できないことが知られている。そのため、本実施形態のエンジン１００は、通常モードに加え、ＳＣＲ触媒温度を効果的に上昇させるＳＣＲヒーティングモードを有している。ＳＣＲヒーティングモードとは、インジェクタ２３、吸気スロットル１４等を制御することで、排気ガスの温度（ひいてはＳＣＲ触媒温度）を上昇させるモードである。

図６には、各モードで具体的に行われる処理が記載されている。通常モードでは、プレ噴射とメイン噴射が行われる。一方、ＳＣＲヒーティングモードでは、プレ噴射及びメイン噴射に加え、リタード制御（メイン噴射の噴射時期を遅らせる制御）、アフター噴射、及びポスト噴射が行われ、更に、吸気スロットル１４を制御して外気の吸入量を低減させる処理が行われる。

リタード制御、アフター噴射、及びポスト噴射を行うことで、エンジン１００の出力に直接寄与しないエネルギーが増えるため、排気ガスの温度を上昇させることができる。なお、リタード制御を行う場合、燃焼室での燃焼が不安定となる可能性がある。

しかし、ポスト噴射は、メイン噴射から少し遅れたタイミングで燃料を噴射するため、メイン噴射の燃焼に影響を与えにくいので、排気ガスの温度を適切に上昇させることができる。更に、ＳＣＲ装置６０がシリンダブロック２から離れた位置に配置されていたとしても、ＳＣＲ触媒温度を効果的に上昇させることができる。

また、吸気スロットル１４を制御して外気の吸入量を低減させることで、排気ガスの熱容量を下げることができるので、ＳＣＲ触媒の温度をより早く上昇させることができる。なお、図６に示す表は一例であり、ＳＣＲヒーティングモードにおいて通常モードよりも排気ガスを昇温させることができるのであれば、それぞれのモードで行う処理を適宜変更することができる。

また、本実施形態では、各処理のパラメータ（具体的には、リタード制御のリタード量、アフター噴射及びポスト噴射の噴射時期及び噴射量、吸気スロットルの絞り量）は、原則として一定である。これにより、噴射量やリタード量を状況に応じて変更する構成と比較して、ＳＣＲヒーティングモード中の処理量を低減することができる。

更に、本実施形態では、通常モードとＳＣＲヒーティングモードを明確に切り分けているので、例えば特許文献１のようにＳＣＲ触媒のヒーティングが不要な場合でもリタード量を算出する構成と比較して、処理を簡単にすることができる。

次に、図７から図９を参照して、通常モードとＳＣＲヒーティングモードとを切り替える処理について説明する。

ＳＣＲヒーティングモードを用いることで、ＳＣＲ触媒温度を効果的に上昇させることができるので、ＮＯｘの排出量を低減することができる。しかし、ＳＣＲヒーティングモードでは、排気ガスの温度を上昇させるために燃料を消費するため、燃料消費量が増加してしまう。従って、通常モードとＳＣＲヒーティングモードとを適切なタイミングで切り替えることが好ましい。

この点、本実施形態では、図７で示すような様々な指標に基づいて通常モードとＳＣＲヒーティングモードとを切り替える。以下、具体的に説明する。なお、本実施形態では、Ｓ１０１からＳ１０６で示す条件を全て満たした場合にＳＣＲヒーティングモードを行う構成であるが、一部の条件が満たされた場合にＳＣＲヒーティングモードを行う構成とすることもできる。

Ｓ１０１では、大気圧に基づく条件が設定されている。これは、標高が高い場合（即ち大気圧が低い場合）に排気ガスの規制が緩くなることを考慮したものである。ＥＣＵ８０は、大気圧センサ８２が検出した大気圧が、Ｓ１０１で示す条件を満たすか否か判定する。ＥＣＵ８０は、Ｓ１０１の条件を満たさないと判定した場合は通常モードを用い（Ｓ１０８）、Ｓ１０１の条件を満たすと判定した場合は、Ｓ１０２の処理を行う。

Ｓ１０２では、吸気温度に基づく条件が設定されている。これは、寒冷地の場合（即ち吸気温度が低い場合）に排気ガスの規制が緩くなることを考慮したものである。ＥＣＵ８０は、吸気温度センサ８４が検出した吸気温度が、Ｓ１０２で示す条件を満たすか否か判定する。ＥＣＵ８０は、Ｓ１０２の条件を満たさないと判定した場合は通常モードを用い（Ｓ１０８）、Ｓ１０２の条件を満たすと判定した場合は、Ｓ１０３の処理を行う。なお、大気圧及び吸気温度は、「周囲の環境に関する値」に該当する。

Ｓ１０３では、冷却水温度に基づく条件が設定されている。これは、排気ガスの温度が低い場合に冷却水の温度が上がりにくいことを考慮したものである。ＥＣＵ８０は、冷却水温度センサ８１が検出した冷却水温度が、Ｓ１０３で示す条件を満たすか否か判定する。ＥＣＵ８０は、Ｓ１０３の条件を満たさないと判定した場合は通常モードを用い（Ｓ１０８）、Ｓ１０３の条件を満たすと判定した場合は、Ｓ１０４の処理を行う。

Ｓ１０４では、エンジン運転状態（具体的には燃料噴射量及びエンジン回転数）に基づく条件が設定されている。これは、エンジン運転状態に応じて排気ガスの温度が推測できることを考慮したものである。なお、例えばエンジン回転数が急激に低下した場合等では、エンジン運転状態から求まる排気ガスの温度と、実際の排気ガスの温度がズレることがある（温度が低下するまでタイムラグがある）ので、経過時間に関する条件も設定されている。ＥＣＵ８０は、設定した燃料噴射量、エンジン回転数検出センサ８３が検出したエンジン回転数、及び経過時間が、Ｓ１０４で示す条件を満たすか否か判定する。ＥＣＵ８０は、Ｓ１０４の条件を満たさないと判定した場合は通常モードを用い（Ｓ１０８）、Ｓ１０４の条件を満たすと判定した場合は、Ｓ１０５の処理を行う。

Ｓ１０５では、エンジン始動完了後の経過時間に基づく条件が設定されている。これは、エンジン１００の始動直後は、エンジン１００の温度が低いことを考慮したものである。本実施形態では、エンジン回転数が所定以上となった場合に始動完了と判定する。ＥＣＵ８０は、始動完了と判定してからの経過時間が、Ｓ１０５の条件を満たすか否か判定する。ＥＣＵ８０は、Ｓ１０５の条件を満たさないと判定した場合は通常モードを用い（Ｓ１０８）、Ｓ１０５の条件を満たすと判定した場合は、Ｓ１０６の処理を行う。

Ｓ１０６では、ＳＣＲ触媒温度に基づく条件が設定されている。ＥＣＵ８０は、ＳＣＲ触媒温度センサ９０が検出したＳＣＲ触媒温度が、Ｓ１０６で示す条件を満たすか否か判定する。ＥＣＵ８０は、Ｓ１０６の条件を満たさないと判定した場合は通常モードを用い（Ｓ１０８）、Ｓ１０６の条件を満たすと判定した場合は、ＳＣＲヒーティングモードを用いてヒーティングを行う（Ｓ１０７）。

上記で説明した条件を満たすか否か判定する方法は任意であり適宜変更できる。例えば、大気圧センサに代えてＧＰＳ受信機を用いて高度を計測しても良い。また、エンジン１００の始動完了を始動からの時間に基づいて定めても良い。

図７に示した条件の数値は一例である。また、条件に応じて条件の数値を変更しても良い。例えば、外気温度（吸気温度）が低い場合は始動完了後の経過時間を長くしても良い。また、高度（大気圧）及び外気温度（吸気温度）に基づいてＳＣＲ触媒温度の条件を変化させても良い。

次に、図８及び図９を参照して、ＳＣＲ触媒温度のみに基づいてモードの切替えを行う場合において、モードを切り替えるための温度（以下モード切替温度）が２種類設定された例について説明する。

仮に、通常モードからＳＣＲヒーティングモードへのモード切替温度と、ＳＣＲヒーティングモードから通常モードへのモード切替温度と、が同じである場合、モード切替温度の近傍で温度が上下した場合は、モードが頻繁に切り替わってしまう。

そのため、本実施形態では、図８に示すように、通常モードからＳＣＲヒーティングモードへのモード切替温度は２００℃とし、ＳＣＲヒーティングモードから通常モードへのモード切替温度は２４０℃とした。以下、具体的な処理を説明する。

ＥＣＵ８０は、通常モード中である場合（図９のＳ２０１でＹｅｓの場合）、ＳＣＲ触媒温度が２００℃以下であれば（Ｓ２０２でＹｅｓの場合）、ＳＣＲヒーティングモードへ移行する（Ｓ２０３）。一方、ＥＣＵ８０は、ＳＣＲヒーティングモード中である場合（図９のＳ２０１でＮｏの場合）、ＳＣＲ触媒温度が２４０℃以上であれば（Ｓ２０４でＹｅｓの場合）、通常モードへ移行する（Ｓ２０５）。

次に、図１０から図１４を参照して、第１ＳＣＲヒーティングモード及び第２ＳＣＲヒーティングモードを有する構成について説明する。初めに、図１０から図１３を参照して、２つのＳＣＲヒーティングモードの違いを説明する。

図１０には、各モードで具体的に行われる処理が記載されている。図１０に示すように、第１ＳＣＲヒーティングモードと第２ＳＣＲヒーティングモードはＥＧＲ装置に関する制御を行うか否かのみが異なる。具体的には、第１ＳＣＲヒーティングモードでのみ、ＥＧＲ装置３２（ＥＧＲバルブ３５）を制御して排気ガスを吸気マニホールド１５に戻す処理（以下、排気再循環処理）が行われる。

図１１は、第１ＳＣＲヒーティングモードと第２ＳＣＲヒーティングモードのメリットとデメリットを比較する表である。図１１に示すように、第１ＳＣＲヒーティングモードよりも第２ＳＣＲヒーティングモードの方がＳＣＲ触媒の昇温能力が高い。これは、排気再循環処理が行われると、酸素濃度が低い気体が燃焼室へ送られるため、燃焼温度が低下するからである。従って、図１２に示すように、通常モードの昇温能力が最も低く、次に第１ＳＣＲヒーティングモードの昇温能力が高く、第２ＳＣＲヒーティングモードは最も昇温能力が高い。

更に、第１ＳＣＲヒーティングモードよりも第２ＳＣＲヒーティングモードの方がＤＰＦ装置５０へのＰＭ不着量が少ない。これは、第１ＳＣＲヒーティングモードでは、燃焼温度が低いためすすが発生し易くなるからである。

一方、排気再循環処理を行うことで、ＮＯｘの発生を抑えることができる。従って、第１ＳＣＲヒーティングモードでは、第２ＳＣＲヒーティングモードよりも除去すべきＮＯｘ量が減少する。これにより、第１ＳＣＲヒーティングモードでは、第２ＳＣＲヒーティングモードよりも、尿素水の消費量を抑えることができる。同様に、第１ＳＣＲヒーティングモードでは、第２ＳＣＲヒーティングモードよりもポスト噴射等の回数を減らせるため、燃料の消費量も低減することができる。

以上を考慮すると、ＳＣＲ触媒の温度を早く上昇させてＮＯｘの排出量を早期に抑制することが重要となる場合は第２ＳＣＲヒーティングモードを用いることが好ましい。一方、尿素水及び燃料の消費量の低減が重要となる場合は第１ＳＣＲヒーティングモードを用いることが好ましい。

第１ＳＣＲヒーティングモード及び第２ＳＣＲヒーティングモードを実行可能なエンジン１００を活用する第１の方法としては、予め（例えば工場出荷時に）何れのＳＣＲヒーティングモードを用いるかを指定しておき、以後はそのモードを使用し続ける方法がある。

具体的には、使用環境、使用地域、及びどのような機械に搭載されるか等に基づいて、好ましい方のＳＣＲヒーティングモードを決定する。例えば高地で使用される場合は排気ガスの規制が緩くなるので第１ＳＣＲヒーティングモードを指定することが好ましい。他にも、シリンダブロックからＳＣＲ装置６０が遠い場合はＳＣＲ触媒温度を昇温しにくいため第２ＳＣＲヒーティングモードを指定することが好ましい。

このようにして指定された情報は、ＥＣＵ８０の記憶部８０ｂに書き込まれる。ＥＣＵ８０は、エンジン始動後に記憶部８０ｂの内容を参照して、何れのＳＣＲヒーティングモードを用いるべきかを読み出す（図１３のＳ３０１）。そして、ＥＣＵ８０は、通常モードと、読み出したＳＣＲヒーティングモードと、を切り替えながらエンジンを制御する（Ｓ３０２）。

第１ＳＣＲヒーティングモード及び第２ＳＣＲヒーティングモードを実行可能なエンジン１００を活用する第２の方法としては、センサ等の情報に基づいてリアルタイムに第１ＳＣＲヒーティングモードと第２ＳＣＲヒーティングモードとを切り替える方法がある。

具体的には、ＥＣＵ８０は、エンジンの始動後にセンサ群から検出結果を取得する（Ｓ４０１）。ＥＣＵ８０は、センサ群の検出結果に基づいて、第１ＳＣＲヒーティングモードと第２ＳＣＲヒーティングモードの何れを用いるかを決定する（Ｓ４０２）。例えば、現在の位置が高地又は寒冷地の場合は、排気ガスの規制が緩くなるので第１ＳＣＲヒーティングモードを用いることが好ましい。他にも、エンジン始動直後はＳＣＲ触媒温度を大幅に上昇させる必要があるため、エンジン始動からの経過時間が所定以下の場合は、第２ＳＣＲヒーティングモードを用いることが好ましい。

そして、ＥＣＵ８０は、通常モードと、決定したＳＣＲヒーティングモードと、を切り替えながらエンジンを制御する（Ｓ４０３）。以上のように、第１ＳＣＲヒーティングモードと第２ＳＣＲヒーティングモードを実行可能とすることで、使用環境、使用地域、及び搭載される対象等に応じた適切なヒーティングを行うことができる。

次に、上記で説明したエンジン１００を農業機械及び建設機械に適用した例について説明する。なお、以下の説明では、単に「左側」「右側」等というときは、車両が前進する方向に向かって左側及び右側を意味するものとする。

初めに、図１５及び図１６を参照して、上記のエンジン１００を備えるトラクタ１１０について説明する。トラクタ１１０は、農業作業用の作業車両であり、ロータリ、ローダ、プラウ、ボックススクレーパー等の各種の作業機（アタッチメント）を必要に応じて装着し、作業機を用いた各種の作業を行うことができる。

トラクタ１１０は、車体１１１と、左右一対の前輪１１２と、左右一対の後輪１１３と、を備える。車体１１１の前部にはボンネット１１４が配置されており、当該ボンネット１１４の内部にはエンジン１００が配置されている。

ボンネット１１４の内部であって、冷却ファン４の向かいにはラジエータ５が配置されている。また、ボンネット１１４の内部には、エアクリーナ１２２が配置されている。エアクリーナ１２２は、吸入された外気に含まれる塵等を除去する。

左右一対の後輪１１３の間には、ミッションケース１１５が配置されている。エンジン１００の出力は、このミッションケース１１５内の変速装置によって変速されて、後輪１１３及び作業機へ伝達される。

ミッションケース１１５の後部には、ロワーリンク１１６、トップリンク１１７、及びＰＴＯ軸１１８が配置されている。また、ミッションケース１１５の上部には、作業機は、ロワーリンク１１６及びトップリンク１１７に連結され、ＰＴＯ軸１１８によって駆動される。

ミッションケース１１５の上方であってボンネット１１４の後方には、オペレータが搭乗するためのキャビン１１９が配置されている。キャビン１１９の内部には、運転座席が設けられており、運転座席の近傍にはオペレータが操作するための多数の操作具が設けられている。

キャビン１１９の下方には、尿素水タンク１２０及び燃料タンク１２１が配置されている。尿素水タンク１２０は、尿素水噴射管４７ｂによって尿素水噴射ノズル４７ａに接続されている。

次に、図１７及び図１８を参照して、上記のエンジン１００を備えるコンバイン１３０について説明する。コンバイン１３０は、いわゆる自脱型コンバインとして構成されている。コンバイン１３０の機体１３１の下部には、機体１３１を走行させるためのクローラ部１３２が設けられている。また、コンバイン１３０は、稲、麦等の穀稈の株元を刈り取るための刈取部１３３を機体１３１の前方に備えている。

刈取部１３３は、複数の分草体と刈取刃を備えている。複数の分草体は、穀稈を刈り取るべき幅を規定したり、倒れた状態の穀稈をすくい上げたりするものである。分草体の間に差し込まれた穀稈は、その根元付近を刈取刃によって切断され、刈り取られる。

また、刈取部１３３は、図略の昇降機構を介して、コンバイン１３０の機体１３１に連結されている。この昇降機構は、刈取部１３３を上下に昇降駆動することが可能に構成されている。これにより、圃場の傾斜等に応じて刈取部１３３の高さを適切な高さに調整し、刈取りを適切に行うことができる。

刈取部１３３の後方であってコンバイン１３０の左側には、脱穀装置１３４が設けられている。脱穀装置１３４は、刈取部１３３で刈り取った穀稈を脱穀する。脱穀装置１３４の下方には選別装置１３５が設けられている。選別装置１３５は、脱穀装置１３４で脱穀された穀粒を選別して取り出す。

刈取部１３３の後方であってコンバイン１３０の右側には、グレンタンク１３６が設けられている。グレンタンク１３６は、選別装置１３５で選別された穀粒を貯留する。グレンタンク１３６に貯留された穀粒は、排出オーガ１３７によって外部に排出される。

グレンタンク１３６の前方には、オペレータが搭乗するためのキャビン１３８が配置されている。このキャビン１３８の内部には、運転座席が設けられており、運転座席の近傍にはオペレータが操作するための多数の操作具が設けられている。

キャビン１３８の下方には、エンジン１００が配置されている。エンジン１００の冷却ファン４の向かいにはラジエータ５が配置されている。また、キャビン１３８の後方には、プリクリーナ１３９が配置されている。プリクリーナ１３９から吸入された外気は、図略のエアクリーナを経由することで塵等が除去される。なお、エンジン１００の近傍には、尿素水タンク１４０が配置される。

また、脱穀装置１３４及び選別装置１３５の後方には、排藁チェーン１４１が設けられている。排藁チェーン１４１は、穀稈から穀粒が取り除かれた藁屑を後方へ搬送する。排藁チェーン１４１によって搬送された排藁は、コンバイン１３０の後方に設けられた排藁カッタ装置１４２によって適宜の長さに切り刻まれ、機外へ排出される。

次に、図１９及び図２０を参照して、上記のエンジン１００を備えるスキッドステアローダ１５０について説明する。スキッドステアローダ１５０は、後述するローダ装置１５１を装着し、ローダ作業を行うように構成されている。スキッドステアローダ１５０には、左右一対のクローラ部１５２が装着されている。クローラ部１５２の上方には、ボンネット１５３が配置されている。

ボンネット１５３の内部には、エンジン１００が配置されている。また、ボンネット１５３の内部であって、エンジン１００の冷却ファン４の向かいにはラジエータ５が配置されている。また、ボンネット１５３の内部であってエンジン１００の前方には、尿素水タンク１５４が配置されている。

エンジン１００の前方には、油圧ポンプ１５５と、トランスミッション装置１５６と、が配置されている。エンジン１００の動力は、トランスミッション装置１５６を介して、クローラ部１５２に伝達される。

ボンネット１５３の前方には、オペレータが搭乗するキャビン１５７が配置されている。キャビン１５７の内部には運転座席が設けられており、運転座席の近傍にはオペレータが操作するための多数の操作具が設けられている。

また、ローダ装置１５１は、左右両側に配置されたローダポスト１５８と、各ローダポスト１５８の上部に回動可能に連結された左右一対のリフトアーム１５９と、リフトアーム１５９の先端部に回動可能に連結されたバケット１６０とを有している。

各ローダポスト１５８とリフトアーム１５９との間には、リフトアーム１５９を上下に回動させるためのリフトシリンダ１６１がそれぞれ設けられている。リフトアーム１５９とバケット１６０との間には、バケット１６０を上下に回動させるためのバケットシリンダ１６２が設けられている。オペレータが図略の操作具を操作することにより、油圧ポンプ１５５の油圧力が制御される。これにより、リフトシリンダ１６１又はバケットシリンダ１６２が伸縮して、リフトアーム１５９又はバケット１６０が回動する。オペレータは、このようにして土砂等の運搬作業を行うことができる。

以上に説明したように、本実施形態のエンジン１００は、尿素水噴射部４７と、ＳＣＲ触媒６２と、ＥＧＲ装置３２と、制御部８０ａと、を備える。尿素水噴射部４７は、排気ガスが通過する経路（尿素混合管４５）に尿素水を噴射する。ＳＣＲ触媒６２は、排気ガスが通過する経路に配置され、尿素水噴射部４７が噴射した尿素から得られるアンモニアを取り込むことで、当該ＳＣＲ触媒６２を通過する排気ガスに含まれる窒素酸化物を除去する。ＥＧＲ装置３２は、排気ガスの少なくとも一部を吸気系に供給する。制御部８０ａは、通常モードと、ＳＣＲ触媒６２の温度を上昇させるＳＣＲヒーティングモードと、を切替可能である。制御部８０ａは、ＥＧＲ装置３２を動作させる第１ＳＣＲヒーティングモードと、ＥＧＲ装置３２を動作させない第２ＳＣＲヒーティングモードと、をＳＣＲヒーティングモードとして実行可能である。

これにより、ＳＣＲ触媒６２の昇温能力が低いが尿素水及び燃料の消費量を低減できる第１ＳＣＲヒーティングモードと、尿素水及び燃料の消費量が高いがＳＣＲ触媒の昇温能力が高い第２ＳＣＲヒーティングモードを使い分けることで、使用環境、使用地域、及び搭載される対象等に応じた適切なヒーティングを行うことができる。

また、本実施形態のエンジン１００は、例えば、第１ＳＣＲヒーティングモードと第２ＳＣＲヒーティングモードの何れを用いるかが予め記憶された記憶部８０ｂを備える。制御部８０ａは、記憶部８０ｂに記憶された方のＳＣＲヒーティングモードと、通常モードと、を用いる。

これにより、使用環境等を考慮した場合に一方のみのＳＣＲヒーティングモードを用いてヒーティングを行う場合は、上記の構成を採用することで、制御を簡単にしつつ適切なヒーティングを行うことができる。

なお、本実施形態のエンジン１００は、始動後において、周囲の環境に関連する値の検出結果（外気温度、大気圧等）、及び、エンジン運転状態のうち少なくとも一方に基づいて、第１ＳＣＲヒーティングモードと第２ＳＣＲヒーティングモードを切り替える構成であっても良い。

この場合、周囲の環境やエンジン運転状態を考慮して、適切なＳＣＲヒーティングモードを用いてヒーティングを行うことができる。

また、本実施形態のエンジン１００において、制御部８０ａは、エンジン始動からの経過時間が所定以下の場合は、ＳＣＲヒーティングモードとして、第２ＳＣＲヒーティングモードを用いる。

これにより、エンジン始動時は通常はＳＣＲ触媒の温度が低いので、第２ＳＣＲヒーティングモードを用いてヒーティングを行うことで、ＳＣＲ触媒を素早く昇温させることができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態では、ＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０がエンジン１００の上部に位置しているが、ＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０の配置は任意であり、例えばシリンダブロック２から比較的離れた位置に配置されていても良い。また、本明細書では、仮にＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０がシリンダブロック２から離れていても、それらを含めて「エンジン」に該当するものとする。

各種センサの位置は一例であり、適宜変更することができる。例えば吸気温度センサ８４は、吸気マニホールド１５よりも上流（例えばコンプレッサホイール１２ｂよりも上流）に配置されていても良いし、排気温度センサ８５は、排気マニホールド３１よりも下流に配置されていても良い。

上記では、過給機を備えるディーゼルエンジンに本発明を適用する例を示したが、本発明は、自然吸気式のディーゼルエンジンにも適用することができる。

１４ 吸気スロットル（吸気絞り装置）
２３ インジェクタ（燃料噴射装置）
３２ ＥＧＲ装置
４７ 尿素水噴射部
５０ ＤＰＦ装置
６０ ＳＣＲ装置
６１ ＳＣＲケース
６２ ＳＣＲ触媒
６３ スリップ触媒
８０ ＥＣＵ
９５ ＤＣＵ
１００ エンジン

Claims (4)

1. 排気ガスが通過する経路に尿素水を噴射する尿素水噴射部と、
   排気ガスが通過する経路に配置され、前記尿素水噴射部が噴射した尿素から得られるアンモニアを取り込むことで、通過する排気ガスに含まれる窒素酸化物を除去するＳＣＲ触媒と、
   排気ガスの少なくとも一部を吸気系に供給するＥＧＲ装置と、
   通常モードと、前記ＳＣＲ触媒の温度を上昇させるＳＣＲヒーティングモードと、を切替可能な制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記ＥＧＲ装置を動作させる第１ＳＣＲヒーティングモードと、前記ＥＧＲ装置を動作させない第２ＳＣＲヒーティングモードと、を前記ＳＣＲヒーティングモードとして実行可能であることを特徴とするエンジン。
2. 請求項１に記載のエンジンであって、
   前記第１ＳＣＲヒーティングモードと前記第２ＳＣＲヒーティングモードの何れを用いるかが予め記憶された記憶部を備え、
   前記制御部は、前記記憶部に記憶された方の前記ＳＣＲヒーティングモードと、通常モードと、を用いることを特徴とするエンジン。
3. 請求項１に記載のエンジンであって、
   前記制御部は、エンジンの始動後において、周囲の環境に関連する値の検出結果、又は、エンジン運転状態に基づいて、前記第１ＳＣＲヒーティングモードと前記第２ＳＣＲヒーティングモードを切り替えることを特徴とするエンジン。
4. 請求項３に記載のエンジンであって、
   前記制御部は、エンジン始動からの経過時間が所定以下の場合は、前記ＳＣＲヒーティングモードとして、前記第２ＳＣＲヒーティングモードを用いることを特徴とするエンジン。

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