JP2018178771A

JP2018178771A - エンジンシステム

Info

Publication number: JP2018178771A
Application number: JP2017075074A
Authority: JP
Inventors: 洋紀瀬戸; Hiroki Seto; 治雄鈴木; Haruo Suzuki
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2018-11-15

Abstract

【課題】アンモニアスリップの発生を効果的に回避させることを目的とする。【解決手段】車両に搭載されたエンジン１０の吸気バルブ１２及び排気バルブ１４の開閉動作を任意の時期に休止可能な可変バルブタイミング機構５０，５１と、エンジン１０の排気通路２１に設けられ、エンジン１０から排出される排気中の窒素化合物を還元浄化するＳＣＲ触媒２９と、車両の無負荷走行状態を検出する無負荷走行状態検出部１１０と、無負荷走行状態が検出された場合に、吸気バルブ１２及び排気バルブ１４を閉弁させることで、エンジン１０における吸排気の流れを停止させる吸排気停止制御を実施する吸排気停止制御部１２０とを備えるようにした。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンシステムに関し、特に、窒素化合物（以下、ＮＯｘ）を選択的に浄化還元する選択的還元触媒を備えたエンジンシステムの制御に関する。

従来、尿素水から加水分解されて生成されるアンモニア（ＮＨ_３）を還元剤として排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化する選択的還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒）を備えたエンジンシステムが知られている。この種のエンジンシステムとして、例えば、特許文献１には、ＳＣＲ触媒からアンモニアスリップが発生し得る場合には、排気再循環量を減量させてＮＯｘの排出量を増加させ、増量されたＮＯｘとの反応により触媒から脱離するアンモニアの量を少なくすることで、アンモニアスリップを抑制する技術が開示されている。

特開２０１６−１１３９４０号公報

ところで、車両がエンジンの燃料噴射をカット（停止）して減速走行する無負荷走行時は、エンジンにおける燃焼が行われず、エンジンから排出される排気には燃焼に伴うＮＯｘが含まれていない。このため、無負荷走行時に排気がＳＣＲ触媒に流入すると、ＳＣＲ触媒内に吸着されているアンモニアとＮＯｘとの反応が行われることなく、該排気とともにＳＣＲ触媒からアンモニアが脱離して流出するアンモニアスリップを引き起こす課題がある。また、無負荷走行時の排気はエンジンにおける燃焼が行われないため排気温度が低くなり、該排気がＳＣＲ触媒に流入すると、触媒温度を低下させてＳＣＲ触媒が不活性となるおそれがある。

本開示の技術は、車両の無負荷走行時にアンモニアスリップの発生を効果的に回避させることを目的とする。

本開示の技術は、車両に搭載されたエンジンの吸気バルブ及び排気バルブの開閉動作を任意の時期に休止可能な可変バルブタイミング機構と、前記エンジンの排気通路に設けられ、前記エンジンから排出される排気中の窒素化合物を還元浄化する還元触媒と、前記車両の無負荷走行状態を検出する無負荷走行状態検出手段と、前記無負荷走行状態が検出された場合に、前記吸気バルブ及び前記排気バルブを閉弁させることで、前記エンジンにおける吸排気の流れを停止させる吸排気停止制御を実施する制御手段とを備えることを特徴とする。

また、前記エンジンの回転数を取得する回転数取得手段と、前記エンジンの負荷を取得する負荷取得手段と、前記エンジンの車速を取得する車速取得手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記エンジンの回転数及び前記エンジンの負荷に基づく要求駆動力が負であり、且つ、前記車速が減少している場合に前記吸排気停止制御を実施することが好ましい。

さらに、前記排気の排気温度を取得する排気温度取得手段をさらに備え、前記制御手段は、前記排気温度に基づく前記還元触媒の触媒温度に応じたアンモニア吸着量が所定の下限閾値未満の場合に前記吸排気停止制御を禁止することが好ましい。

本開示の技術によれば、車両の無負荷走行時にアンモニアスリップの発生を効果的に回避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吸排気系を示す模式的な全体構成図である。本発明の一実施形態に係る電子制御ユニットの機能ブロック図である。本発明の一実施形態に係る吸排気停止制御処理を説明するフローチャートである。本発明の他実施形態に係る吸排気停止制御処理を説明するフローチャートである。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るエンジンシステムについて説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

[エンジン吸排気系]
図１に示すように、車両に搭載されたエンジン１０のシリンダヘッド１１には、吸気バルブ１２、吸気マニホールド１３、排気バルブ１４、排気マニホールド１５、インジェクタ１６等が設けられている。なお、図示の関係上、図１にはエンジン１０の複数気筒のうち１気筒のみを示し、他の気筒については図示を省略している。

吸気マニホールド１３には吸気を導入する吸気通路２０が接続され、排気マニホールド１５には排気を大気に放出する排気通路２１が接続されている。吸気通路２０には、吸気上流側から順に、エアクリーナ２２、吸入空気流量センサ（以下、ＭＡＦセンサ）９３、過給機３０のコンプレッサ３２、インタークーラ２３、ブースト圧センサ９４等が設けられている。排気通路２１には、排気上流側から順に、過給機３０のタービン３１、排気後処理装置２４等が設けられている。

排気後処理装置２４は、排気上流側から順に、尿素水添加装置２５と、ＳＣＲ触媒２９とを備えている。

尿素水添加装置２５は、尿素水を貯留する尿素水タンク２６と、尿素水タンク２６から尿素水を汲み上げる尿素水ポンプ２７と、排気通路２１内に尿素水を添加する尿素水添加ノズル２８とを備えている。尿素水添加ノズル２８から排気通路２１内に噴射された尿素水は、排気熱により加水分解されてアンモニア（ＮＨ_３）が生成され、下流側のＳＣＲ触媒２９に還元剤として供給される。

ＳＣＲ触媒２９は、例えば多孔質セラミック担体にゼオライト等を担持して形成されている。ＳＣＲ触媒２９は、尿素水添加ノズル２８から還元剤として供給されるＮＨ_３を吸着すると共に、吸着したＮＨ_３で通過する排気中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。

排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置）４０は、タービン３１よりも上流側の排気通路２１とコンプレッサ３２よりも下流側の吸気通路２０とを接続するＥＧＲ通路４１と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ４２と、ＥＧＲ量を調整可能なＥＧＲバルブ４３とを備えている。

本実施形態のエンジン１０は、吸気バルブ１２の開閉動作を任意の時期に休止（閉弁状態に維持）可能な第１可変バルブタイミング機構５０と、排気バルブ１４の開閉動作を任意の時期に休止可能な第２可変バルブタイミング機構５１とを備えている。第１可変バルブタイミング機構５０及び第２可変バルブタイミング機構５１としては、例えば、主カム（不図示）と零リフトカムである副カム（不図示）とを選択的に切り替え可能なカム切替式バルブ休止機構や、ピンの挿抜によりカムの回転力伝達をロッカーアーム（不図示）から選択的に切り離し可能なピン挿抜式バルブ休止機構等の機械式バルブタイミング機構、或は電磁ソレノイドの電磁力により吸気バルブ１２及び排気バルブ１４を直接的に開閉動作させる電磁駆動式バルブタイミング機構を用いることができる。第１可変バルブタイミング機構５０及び第２可変バルブタイミング機構５１は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１００から入力される指示信号に応じて制御される。

エンジン回転数センサ９０は、エンジン１０の図示しないクランクシャフトからエンジン回転数Ｎｅを取得する。アクセル開度センサ９１は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量からエンジン１０の燃料噴射量Ｑを取得する。車速センサ９２は、図示しないプロペラシャフト又は変速機の出力シャフトから車両の車速Ｖを取得する。ＭＡＦセンサ９３は、エアクリーナ２２から吸気通路２０に導入される吸入空気流量ｑを取得する。ブースト圧センサ９４は、コンプレッサ３２により圧送される吸気の圧力（以下、ブースト圧Ｐ_Ｂ）を取得する。これら各種センサ類９０〜９４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されている。

[制御部]
次に、図２に基づいて、本実施形態のＥＣＵ１００の詳細について説明する。ＥＣＵ１００は、エンジン１０等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。これら各種制御を行うため、ＥＣＵ１００には、各種センサ類９０〜９４のセンサ値が入力される。また、ＥＣＵ１００は、無負荷走行状態検出部１１０と、吸排気停止制御部１２０とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ１００に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

無負荷走行状態検出部１１０は、エンジン回転数センサ９０から入力されるエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度センサ９１から入力される燃料噴射量Ｑ、車速センサ９２から入力される車速Ｖ等に基づいて、車両がエンジン１０の燃料噴射を停止させて減速走行する「無負荷走行状態」を検出する。「無負荷走行状態」にあるか否かは、例えば、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づく要求駆動力が負であり、且つ、車速Ｖが減少している場合に検出される。

吸排気停止制御部１２０は、無負荷走行状態検出部１１０により「無負荷走行状態」が検出されると、全気筒の吸気バルブ１２及び排気バルブ１４の開閉動作を休止させて閉弁状態に維持することで、エンジン１０における吸排気の流れを停止させる「吸排気停止制御」を実施する。このように、エンジン１０が燃料噴射を停止させてモータリング状態となる無負荷走行時に、吸排気の流れを停止する「吸排気停止制御」を実施することで、ＮＯｘを含まない排気のＳＣＲ触媒２９への流入が防止され、ＳＣＲ触媒２９内に吸着されているアンモニアがＮＯｘと反応することなく脱離して排気とともに流出するアンモニアスリップが抑制されるようになる。

以下、本実施形態の「吸排気停止制御」の詳細につき、電磁駆動式バルブタイミング機構を用いた場合、カム切替式バルブ休止機構を用いた場合及び、ピン挿抜式バルブ休止機構を用いた場合についてそれぞれ説明する。

電磁駆動式バルブタイミング機構の場合には、吸排気停止制御部１２０は、全気筒の吸気バルブ１２を全閉動作させる指示信号を第１可変バルブタイミング機構５０に出力するとともに全気筒の排気バルブ１４を全閉動作させる指示信号を第２可変バルブタイミング機構５１に出力する。また、カム切替式バルブ休止機構の場合には、吸排気停止制御部１２０は、吸気バルブ１２及び排気バルブ１４を開閉動作させる全カムを主カムから零リフトカムである副カムに切り替えさせる指示信号を第１可変バルブタイミング機構５０及び第２可変バルブタイミング機構５１に出力する。さらに、ピン挿抜式バルブ休止機構の場合には、吸排気停止制御部１２０は、ピンの抜去により全カムを全カムの回転力伝達をロッカーアームから切り離させる指示信号を第１可変バルブタイミング機構５０及び第２可変バルブタイミング機構５１に出力する。

次に、図３のフローチャートに基づいて、本実施形態に係る吸排気停止制御処理について説明する。

ステップＳ１００では、エンジン回転数センサ９０、アクセル開度センサ９１、車速センサ９２等のセンサ値に基づいて、「無負荷走行状態」が検出されたか否かが判定される。「無負荷走行状態」が検出されれば（肯定）、本制御はステップＳ１１０に進む。一方、否定の場合、すなわち、「無負荷走行状態」が検出されなければ、本制御はリターンされる。

ステップＳ１１０では、全気筒の吸気バルブ１２及び排気バルブ１４の開閉動作を休止させて閉弁状態に維持することで、エンジン１０における吸排気の流れを停止させる「吸排気停止制御」が実施される。

ステップＳ１２０では、エンジン回転数センサ９０、アクセル開度センサ９１、車速センサ９２等のセンサ値に基づいて、「無負荷走行状態」が検出されたか否かが判定される。「無負荷走行状態」が検出されれば（肯定）、本制御はステップＳ１１０に戻される。一方、否定の場合、すなわち、「無負荷走行状態」が検出されなければ、本制御はステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１３０では、「吸排気停止制御」の実施が終了される。

以上詳述したように、本実施形態によれば、無負荷走行状態が検出されると、全気筒の吸気バルブ１２及び排気バルブ１４の開閉動作を休止させて吸排気の流れが停止されるようになっている。これにより、無負荷走行時には、ＮＯｘを含まない排気のＳＣＲ触媒２９への流入が防止されるようになり、排気とともにＳＣＲ触媒２９内に吸着されているアンモニアがＮＯｘと反応することなく流出するアンモニアスリップの発生を効果的に回避することができる。また、無負荷走行時の低温排気のＳＣＲ触媒２９への流入が防止されるようになり、触媒温度の低下が防止されてＳＣＲ触媒２９の触媒温度を保つことができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、図４に示すように、図３のステップＳ１１０における「吸排気停止制御」の前にＳＣＲ触媒２９内のアンモニア吸着量を推定するステップＳ１０３及び、当該アンモニア吸着量に基づく判定を行うステップＳ１０６の処理を実施してもよい。この場合は、図示しない排気温度センサ或は機関運転状態等からＳＣＲ触媒温度を取得すると共に、該触媒温度に応じたＳＣＲ触媒２９のアンモニア吸着量がアンモニアスリップを引き起こす可能性の低い所定の下限閾値未満であれば、「吸排気停止制御」の実施を禁止するようにすればよい（ステップＳ１０９）。これにより、ＳＣＲ触媒２９内のアンモニア吸着量が下限閾値以上の場合にのみ「吸排気停止制御」が実施されるため、制御処理の簡素化を図ることができる。

また、「無負荷走行状態」にあるか否かは、例えば、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づく要求駆動力が負である場合に検出されることに限定されず、加速度センサ等のセンサ値に基づいて検出してもよい。

さらに、第１可変バルブタイミング機構５０及び第２可変バルブタイミング機構５１は、吸気バルブ１２及び排気バルブ１４の開閉時期を任意の時期に調整可能な可変バルブタイミング機構に限定されず、吸気バルブ１２及び排気バルブ１４の閉弁時期を調整可能な機構であれば、運転状況に応じて稼働させる気筒数を変化させる気筒休止機構等、他の公知の機構を用いることができる。

さらに、エンジン１０の気筒数は、単気筒又は複数気筒のいずれであってもよい。

１０エンジン
１２吸気バルブ
１４排気バルブ
２０吸気通路
２１排気通路
２９ＳＣＲ触媒
５０第１可変バルブタイミング機構
５１第２可変バルブタイミング機構
９０エンジン回転数センサ（回転数取得手段）
９１アクセル開度センサ（負荷取得手段）
９２車速センサ（車速取得手段）
１００ＥＣＵ
１１０無負荷走行状態検出部
１２０吸排気停止制御部（制御手段）

Claims

車両に搭載されたエンジンの吸気バルブ及び排気バルブの開閉動作を任意の時期に休止可能な可変バルブタイミング機構と、
前記エンジンの排気通路に設けられ、前記エンジンから排出される排気中の窒素化合物を還元浄化する還元触媒と、
前記車両の無負荷走行状態を検出する無負荷走行状態検出手段と、
前記無負荷走行状態が検出された場合に、前記吸気バルブ及び前記排気バルブを閉弁させることで、前記エンジンにおける吸排気の流れを停止させる吸排気停止制御を実施する制御手段と
を備えることを特徴とするエンジンシステム。
前記エンジンの回転数を取得する回転数取得手段と、
前記エンジンの負荷を取得する負荷取得手段と、
前記エンジンの車速を取得する車速取得手段とをさらに備え、
前記制御手段は、前記エンジンの回転数及び前記エンジンの負荷に基づく要求駆動力が負であり、且つ、前記車速が減少している場合に前記吸排気停止制御を実施する
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンシステム。
前記排気の排気温度を取得する排気温度取得手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記排気温度に基づく前記還元触媒の触媒温度に応じたアンモニア吸着量が所定の下限閾値未満の場合に前記吸排気停止制御を禁止する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンシステム。