JP2017190724A - 内燃機関、この内燃機関を備えた車両、及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関のモータリング時における排気ガス浄化処理装置の効率を向上させることができる内燃機関、この内燃機関を備えた車両、及び内燃機関の制御方法を提供する。【解決手段】ＥＧＲクーラー１５ａをバイパスするバイパス通路３０をＥＧＲ通路１５に備えるとともに、バイパス通路３０への流れとＥＧＲクーラー１５ａへの流れとを切り替える三方弁３１を備えて、エンジン１のモータリング時に、このモータリング中は、ＥＧＲガスＨＧｅをバイパス通路３０に流通させるように三方弁３１を制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関、この内燃機関を備えた車両、及び内燃機関の制御方法に関する。

一般的に、車両には、ディーゼルエンジン等の内燃機関が備わる。この内燃機関の一例として、排気ガス中のＮＯｘを低減するために、排気ガスの一部をＥＧＲクーラーで冷却して排気通路から吸気通路に還流させるＥＧＲシステムを備えることが多い（例えば、特許文献１参照）。

ここで、ＥＧＲシステムを備えた内燃機関のモータリング時に、排気通路に排出される排気ガスの低温化に起因して排気ガス浄化処理装置が低温化して、排気ガス浄化処理装置の効率が低下する虞がある。

特開２００８−３０９０５３号公報

本発明は、ＥＧＲシステムを備えた内燃機関において、この内燃機関のモータリング時に、排気ガス浄化処理装置における浄化効率を向上させることができる内燃機関、この内燃機関を備えた車両、及び内燃機関の制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、ＥＧＲ通路及びＥＧＲクーラーで構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関において、前記ＥＧＲクーラーをバイパスするバイパス通路を前記ＥＧＲ通路に備えるとともに、前記バイパス通路への流れと前記ＥＧＲクーラーへの流れとを切り替える流路切替装置を備え、前記内燃機関を制御する制御装置が、前記内燃機関のモータリング時に、このモータリング中は、ＥＧＲガスを前記バイパス通路に流通させるように前記流路切替装置を制御するように構成される。

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、内部ＥＧＲシステムを備えた内燃機関において、該内燃機関を制御する制御装置が、前記内燃機関のモータリング時に、このモータリング中は、前記内燃機関の通常運転状態時より、前記内部ＥＧＲシステムの内部ＥＧＲガス量を増加させる制御を行うように構成される。

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の制御方法は、ＥＧＲ通路及びＥＧＲクーラーで構成されるＥＧＲシステムを備えて、前記ＥＧＲクーラーをバイパスするバイパス通路を前記ＥＧＲ通路に備えて構成される内燃機関の制御方法において、前記内燃機関のモータリング時に、このモータリング中は、ＥＧＲガスを前記バイパス通路に流通させることを特徴とする方法である。

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の制御方法は、内部ＥＧＲシステムを備えた内燃機関の制御方法において、前記内燃機関のモータリング時に、このモータリング中は、前記内燃機関の通常運転状態時より、前記内部ＥＧＲシステムの内部ＥＧＲガス量を増加させることを特徴とする方法である。

本発明の内燃機関、この内燃機関を備えた車両、及び内燃機関の制御方法によれば、内燃機関のモータリング時において、ＥＧＲクーラーを通過しない高温のＥＧＲガスを吸気通路に還流するので、排気ガス浄化処理装置の低温化の抑制を図ることができる。その結果、選択還元型触媒装置の浄化率を維持することができる、また、微粒子捕集装置のＰＭ再生制御時の昇温性を維持することができる等、排気ガス浄化処理装置の浄化効率を向上させることができる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関の構成を模式的に示す図であり、高圧ＥＧＲガスがバイパス通路を通過するときを示す図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の構成を模式的に示す図であり、高圧ＥＧＲガスが高圧ＥＧＲクーラーを通過するときを示す図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御方法の制御フローを示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関、この内燃機関を備えた車両、及び内燃機関の制御方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明に係る実施の形態の車両は、本発明に係る実施の形態の内燃機関を備えて構成され、後述する内燃機関が奏する作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

図１に示すように、本発明に係る実施の形態のエンジン（内燃機関）１は、エンジン本体１０と吸気通路１２と排気通路１３と低圧ＥＧＲ通路１４と高圧ＥＧＲ通路１５を備えている。

吸気通路１２には、吸気マニホールド１１ａに接続し、上流側より順に、エアクリーナー１７、ターボ式過給システム１６Ｓのターボ式過給器１６のコンプレッサ１６ｂ、インタークーラー１８が備えられている。また、排気通路１３には、排気マニホールド１１ｂに接続し、上流側より順に、ターボ式過給器１６のタービン１６ａ、微粒子捕集装置（ＣＳＦ）１９ａ、選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）１９ｂが備えられている。

また、低圧ＥＧＲシステム１４Ｓの低圧ＥＧＲ通路１４は、タービン１６ａより下流側の排気通路１３とコンプレッサ１６ｂより上流側の吸気通路１２とを接続して備えられ、上流側より順に、低圧ＥＧＲバルブ１４ｂ、低圧ＥＧＲクーラー１４ａが備えられている。そして、高圧ＥＧＲシステム１５Ｓの高圧ＥＧＲ通路１５は、タービン１６ａより上流側の排気通路１３とコンプレッサ１６ｂより下流側の吸気通路１２とを接続して備えられ、上流側より順に、高圧ＥＧＲクーラー１５ａ、高圧ＥＧＲバルブ１５ｂを備えられている。

大気から導入される新気Ａが、エアクリーナー１７により新気Ａに含まれる塵や埃等を除去された後、必要に応じて、低圧ＥＧＲ通路１４から吸気通路１２に流入する低圧ＥＧＲガスＬＧｅを伴って、コンプレッサ１６ｂにより過給される。また、この過給後の吸気ガスＡ＋ＬＧｅがインタークーラー１８により冷却された後、この冷却後の吸気ガスＡ＋ＬＧｅが、必要に応じて、高圧ＥＧＲ通路１５から吸気通路１２に流入する高圧ＥＧＲガスＨＧｅを伴って、吸気マニホールド１１ａに送られる。そして、この吸気マニホールド１１ａに送られた吸気ガスＡ＋ＬＧｅ＋ＨＧｅが、気筒（シリンダ）内に噴射された燃料と混合圧縮されて、燃料が燃焼することで、エンジン１に動力を発生させる。

なお、吸気通路１２に流入する低圧ＥＧＲガスＬＧｅ及び高圧ＥＧＲガスＨＧｅの流量は、後述する制御装置４０が、エンジン１の運転状態に基づいて、それぞれ、低圧ＥＧＲバルブ１４ｂ、高圧ＥＧＲバルブ１５ｂの開度制御を行うことにより制御される。また、低圧ＥＧＲシステム１４Ｓの使用時には、通常、高圧ＥＧＲシステム１５Ｓを併用しないが、エンジン１の運転状態によっては、この２つのシステム１４Ｓ、１５Ｓを併用してもよい。

また、エンジン１での燃焼により発生した排気ガスＧの一部は、高圧ＥＧＲガスＨＧｅとして高圧ＥＧＲシステム１５Ｓ側に流れるが、残りの排気ガスＧａ（＝Ｇ−ＨＧｅ）は、タービン１６ａを経由して、微粒子捕集装置１９ａに流れて、この微粒子捕集装置１９ａにより、排気ガスＧａに含まれる微粒子状物質（ＰＭ）は除去される。そして、微粒子捕集装置１９ａを通過後の排気ガスＧａの一部は、低圧ＥＧＲガスＬＧｅとして低圧ＥＧＲシステム１６Ｓ側に流れるが、残りの排気ガスＧｂ（＝Ｇａ−ＬＧｅ）は、選択還元型触媒装置１９ｂに流れて、この選択還元型触媒装置１９ｂにより、排気ガスＧｂに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）は除去される。そして、選択還元型触媒装置１９ｂを通過して浄化処理された排気ガスＧｃは、マフラー（図示しない）等を経由して大気に放出される。

なお、図１では、微粒子捕集装置１９ａと選択還元型触媒装置１９ｂで排気ガス浄化処理装置１９を構成しているが、アンモニアスリップ触媒装置等の他の触媒装置を排気ガス浄化処理装置１９に備えてもよい。また、微粒子捕集装置１９ａの前段の排気通路１３に酸化触媒装置（図示しない）を備えたり、選択還元型触媒装置１９ｂの前段の排気通路１３にアンモニア系溶液（例えば、尿素水）の噴射装置（図示しない）を備えたりするのが一般的ではあるが、ここでは、図示を省略している。

また、本発明の内燃機関を制御する制御装置４０が備えられる。この制御装置４０は、車両の運転席に備えたアクセルペダル（図示しない）に対する運転者の踏込量を検出するアクセル開度センサ（図示しない）や、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数検出センサ（図示しない）等より送信された信号に基づいて、エンジン１の運転状態を制御する装置である。

本発明に係る実施の形態のエンジン１は、ＥＧＲ通路１５（１４）及びＥＧＲクーラー１５ａ（１４ａ）で構成されるＥＧＲシステム１５Ｓ（１４Ｓ）を備えたエンジンである。また、ＥＧＲクーラー１５ａ（１４ａ）をバイパスするバイパス通路３０をＥＧＲ通路１５（１４）に備えるとともに、バイパス通路３０への流れとＥＧＲクーラー１５ａ（１４ａ）への流れとを切り替える三方弁（流路切替装置）３１を備える。図１及び図２の構成では、高圧ＥＧＲシステム１５Ｓにおける三方弁（流路切替装置）３１は、バイパス通路３０と高圧ＥＧＲ通路１５の排気通路１３側の接続点に配置される。

なお、上記のＥＧＲ通路、ＥＧＲクーラー、ＥＧＲシステムの各語に付されている符号について、括弧なしの符号は高圧ＥＧＲシステム１５Ｓに備わる各装置を示す符号であり、括弧ありの符号は低圧ＥＧＲシステム１４Ｓに備わる各装置を示す符号である。また、低圧ＥＧＲシステム１４Ｓのバイパス通路及び三方弁については、図１及び図２では、図示を省略している。また、バイパス通路及び三方弁については、高圧ＥＧＲシステム１５Ｓまたは低圧ＥＧＲシステム１４Ｓのいずれか一方に備えてもよいし、両方に備えてもよい。

そして、制御装置４０が、エンジン１のモータリング時に、このモータリング中は、ＥＧＲガスＨＧｅ（ＬＧｅ）をバイパス通路３０に流通させるように三方弁３０を制御するように構成する。言い換えれば、このモータリング中は、ＥＧＲガスＨＧｅ（ＬＧｅ）をＥＧＲクーラー１５ａ（１４ａ）で冷却することなく吸気通路１２に還流する。

ここで、エンジン１のモータリング時とは、エンジン１の運転状態に基づいて、エンジン１が回転惰性運転となった時である。なお、このエンジン１のモータリング時における車両の状態は、慣性走行中であったり、または、エンジン１が建機用エンジン等で、エンジン１に動力を伝達するためのクラッチ（図示しない）を断状態として（エンジン１に動力を伝達されない状態で）使用できる場合には、車速がゼロ（停止中）の状態であったりする。また、上記の慣性走行中では、エンジン１の気筒内での燃焼は行われず、車輪側の駆動力またはエンジン１の回転慣性力によりエンジン１のクランク軸が回転している状態となっている。

このエンジン１が回転惰性運転となった時は、例えば、制御装置４０が、アクセル開度センサの検出値（アクセル開度）に基づいてエンジン１の燃料噴射量を算出し、この燃料噴射量の算出値がゼロとなった時として判定する。

なお、このとき、制御装置４０が、補助として、吸気通路１２に備えた吸気スロットルバルブ（図示しない）の開度を小さくして、新気Ａの流量を少なくする制御を行うことで、エンジン１に吸気される吸気ガスＡ＋ＬＧｅ＋ＨＧｅをより高温化することができ、排気ガスＧをより高温化して、排気ガス浄化処理装置１９をより高温化することができるので好ましい。また、制御装置４０が、吸気スロットルバルブの開度制御を、エンジン１のポンピングロスやターボ式過給システム１６Ｓのサージングを考慮しながら行うことで、ポンピングロスやサージングを改善することができるので好ましい。

また、上記のエンジン１において、図２に示すように、制御装置４０が、エンジン１のモータリング時で、エンジン１の回転数αが実験等により予め設定されるアイドル運転時回転数領域に近い低回転数の設定回転数領域Ｒ内まで低下したときに、ＥＧＲガスＨＧｅ（ＬＧｅ）の流通を、バイパス通路３０からＥＧＲクーラー１５ａ（１４ａ）に切り替えるように三方弁３１を制御するように構成する。このエンジン１の回転数αは、エンジン回転数検出センサ等により検出する。

すなわち、エンジン１の回転数がアイドル運転時の回転数領域と同じように低い設定回転数領域Ｒ内まで低下したときには、エンジン１の運転が再開される際に、ＥＧＲガスＨＧｅ（ＬＧｅ）をバイパス通路３０に流通させていると、エンジン１の急稼動が必要とされるときには、ＥＧＲ制御を通常の状態に戻す時にタイムラグが生じるために、排気ガス中にＮＯｘやＰＭが増加する可能性が生じる。

そのため、予めＥＧＲガスＨＧｅ（ＬＧｅ）の流通をバイパス通路３０からＥＧＲクーラー１５ａ（１４ａ）に切り替えて、運転者が近時中にアクセルペダル（図示しない）を踏み込んで車両を再加速させるとき等、エンジン１の急稼動が必要とされるときに、この急稼動時に高温化するＥＧＲガスＨＧｅ（ＬＧｅ）をＥＧＲクーラー１５ａ（１４ａ）により適切に冷却して吸気通路１２に還流させることができるようにしておくことで、吸気ガスの温度を適切化することができ、エンジン１の運転状態を良好な状態に維持することができる。また、車両を再加速させるときには、その再加速性能を維持することができる。

また、特に、高圧ＥＧＲシステム１５Ｓにバイパス通路３０及び三方弁３１を備えて、上記の制御を行うと、低圧ＥＧＲシステム１４Ｓにバイパス通路及び三方弁を備えて上記の制御を行う場合と比較して、以下の２点の効果を奏することができる。１点目の効果は、低圧ＥＧＲシステム１４Ｓのバイパス通路を経由した低圧ＥＧＲガスＬＧｅにより吸気ガスを昇温させる構成では、排気ガス浄化処理装置１９（図１及び図２では、微粒子捕集装置１９ａ）を通過して温度が下がった低圧ＥＧＲガスＬＧｅが吸気ガスと混合されることとなるが、同じ還流量でも排気ガスの温度が低下していない高圧ＥＧＲシステム１５Ｓを用いた方が吸気ガスの昇温効果を望めることである。２点目の効果は、コンプレッサ１６ｂ及びインタークーラー１８を通過後の吸気ガスを昇温させるため、ＥＧＲガスが合流する部位よりも上流側の吸気系（コンプレッサ１６ｂ等）の過昇温を防げることである。

また、上記のようにＥＧＲシステム１５Ｓ（１４Ｓ）にバイパス通路３０及び三方弁３１を備えることを前提とした制御以外に、エンジン１に内部ＥＧＲシステム（図示しない）を備えて、制御装置４０が、エンジン１のモータリング時に、このモータリング中は、エンジン１の通常運転状態時より、内部ＥＧＲシステムの内部ＥＧＲガス量を増加させる制御を行ってもよい。この内部ＥＧＲシステムの制御は、上記のバイパス通路及び三方弁を備えることを前提とした制御と併用してもよいし、併用しなくてもよい。

ここで、内部ＥＧＲシステムとは、エンジン１の吸気行程で排気弁（図示しない）を開いて、排気ガスＧの一部を気筒（シリンダ）内に戻すシステムである。また、内部ＥＧＲガス量は、気筒内に戻す排気ガスＧの量である。

この構成によれば、エンジン１のモータリング時において、気筒内での燃焼反応により再度昇温される内部ＥＧＲガス量を増加させるので、排気ガスＧの低温化を抑制する（排気ガスＧを昇温化させる）ことができ、排気ガス浄化処理装置１９の低温化の抑制（昇温化）を図ることができる。その結果、選択還元型触媒装置１９ｂの浄化率を維持することができる、また、微粒子捕集装置１９ａのＰＭ再生制御時の昇温性を維持することができる等、排気ガス浄化処理装置１９の効率を向上させることができる。

次に、上記の内燃機関の構成を基にした、本発明の内燃機関の制御方法について、図３の制御フローを参照しながら説明する。図３の制御フローは、エンジン１がモータリングに移行した時に、上級の制御フローから呼ばれてスタートする制御フローとして示している。エンジン１がモータリングに移行したか否かの判定方法については、上記したのと同様の方法であるので、省略する。

図３の制御フローについて説明する。図３の制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、三方弁３１を制御して、ＥＧＲガスＨＧｅ（ＬＧｅ）をバイパス通路３０に流通させるようにする。ステップＳ１０の制御を実施後、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０にて、エンジン１の回転数αが実験等により予め設定された設定回転数領域Ｒまで低下したか否かを判定する。エンジン１の回転数αが設定回転数領域Ｒまで低下していないと判定されたとき（ＮＯ）には、予め設定した制御時間を経過後に再度ステップＳ２０の判定を行う。

一方、エンジン１の回転数αが設定回転数領域Ｒまで低下していると判定されたとき（ＹＥＳ）には、ステップＳ３０に進み、ステップＳ３０にて、三方弁３１を制御して、ＥＧＲガスＨＧｅ（ＬＧｅ）の流通を、バイパス通路３０からＥＧＲクーラー１５ａ（１４ａ）に切り替える。ステップＳ３０の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

なお、上記のようにＥＧＲシステム１５Ｓ（１４Ｓ）にバイパス通路３０及び三方弁３１を備えることを前提とした制御に加えて、または、この制御の代わりに、エンジン１に内部ＥＧＲシステム（図示しない）を備えて、エンジン１のモータリング時に、このモータリング中は、エンジン１の通常運転状態時より、内部ＥＧＲシステムの内部ＥＧＲガス量を増加させる制御を行う場合には、図示しないが、ステップＳ１０で内部ＥＧＲガス量の増加制御を行い、ステップＳ３０で内部ＥＧＲガス量をエンジン１の通常運転時と同等の量に戻す制御を行う。

以上より、本発明の実施の形態の内燃機関の制御方法は、ＥＧＲ通路１５（１４）及びＥＧＲクーラー１５ａ（１４ａ）で構成されるＥＧＲシステム１５Ｓ（１４Ｓ）を備えて、ＥＧＲクーラー１５ａ（１４ａ）をバイパスするバイパス通路３０をＥＧＲ通路１５（１４）に備えて構成される内燃機関の制御方法において、内燃機関１のモータリング時に、このモータリング中は、ＥＧＲガスＨＧｅ（ＬＧｅ）をバイパス通路３０に流通させることを特徴とする方法となる（図１参照）。

また、本発明の実施の形態の内燃機関の制御方法は、内部ＥＧＲシステムを備えた内燃機関の制御方法において、エンジン１のモータリング時に、このモータリング中は、エンジン１の通常運転状態時より、内部ＥＧＲシステムの内部ＥＧＲガス量を増加させることを特徴とする方法となる。

上記の内燃機関１、この内燃機関１を備えた車両、及び内燃機関の制御方法によれば、エンジン１のモータリング時において、ＥＧＲクーラー１５ａ（１４ａ）を通過しない高温のＥＧＲガスＨＧｅ（ＬＧｅ）を吸気通路１２に還流するので、エンジン１への吸気ガスの低温化を抑制して排気ガスＧの低温化を抑制することができ、排気ガス浄化処理装置１９の低温化の抑制を図ることができる。その結果、選択還元型触媒装置１９ｂの浄化率を維持することができる、また、微粒子捕集装置１９ａのＰＭ再生制御時の昇温性を維持することができる等、排気ガス浄化処理装置１９の効率を向上させることができる。

１ エンジン（内燃機関）
１０ エンジン本体
１２ 吸気通路
１３ 排気通路
１４Ｓ 低圧ＥＧＲシステム（ＥＧＲシステム）
１４ 低圧ＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路）
１４ａ 低圧ＥＧＲクーラー（ＥＧＲクーラー）
１５Ｓ 高圧ＥＧＲシステム（ＥＧＲシステム）
１５ 高圧ＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路）
１５ａ 高圧ＥＧＲクーラー（ＥＧＲクーラー）
１９ 排気ガス浄化処理装置
３０ バイパス通路
３１ 三方弁（流路切替装置）
４０ 制御装置
ＬＧｅ 低圧ＥＧＲガス
ＨＧｅ 高圧ＥＧＲガス
α エンジン回転数
Ｒ 設定回転数領域

Claims (7)

1. ＥＧＲ通路及びＥＧＲクーラーで構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関において、
   前記ＥＧＲクーラーをバイパスするバイパス通路を前記ＥＧＲ通路に備えるとともに、前記バイパス通路への流れと前記ＥＧＲクーラーへの流れとを切り替える流路切替装置を備え、
   前記内燃機関を制御する制御装置が、
   前記内燃機関のモータリング時に、このモータリング中は、ＥＧＲガスを前記バイパス通路に流通させるように前記流路切替装置を制御するように構成される内燃機関。
2. 前記制御装置が、
   前記内燃機関のモータリング時で、前記内燃機関の回転数が予め設定される設定回転数領域内まで低下したときに、ＥＧＲガスの流通を、前記バイパス通路から前記ＥＧＲクーラーに切り替えるように前記流路切替装置を制御するように構成される請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記ＥＧＲシステムを高圧ＥＧＲシステムとして構成される請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 内部ＥＧＲシステムを備えた内燃機関において、
   該内燃機関を制御する制御装置が、
   前記内燃機関のモータリング時に、このモータリング中は、前記内燃機関の通常運転状態時より、前記内部ＥＧＲシステムの内部ＥＧＲガス量を増加させる制御を行うように構成される内燃機関。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関を備えて構成される車両。
6. ＥＧＲ通路及びＥＧＲクーラーで構成されるＥＧＲシステムを備えて、前記ＥＧＲクーラーをバイパスするバイパス通路を前記ＥＧＲ通路に備えて構成される内燃機関の制御方法において、
   前記内燃機関のモータリング時に、このモータリング中は、ＥＧＲガスを前記バイパス通路に流通させることを特徴とする内燃機関の制御方法。
7. 内部ＥＧＲシステムを備えた内燃機関の制御方法において、
   前記内燃機関のモータリング時に、このモータリング中は、前記内燃機関の通常運転状態時より、前記内部ＥＧＲシステムの内部ＥＧＲガス量を増加させることを特徴とする内燃機関の制御方法。

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