(57)【要約】【課題】エンジンを停止させた状態において触媒を暖める場合に、ヒータの過加熱を抑制する。【解決手段】エンジン６からの排気の窒素酸化物を除去する触媒フィルタと、触媒フィルタを暖めるヒータ１０と、排気の一部をエンジン６に戻す配管と、圧縮空気をエンジン６へ供給する電動過給機４と、エンジン６が回転していない状態において、電動過給機４を駆動させることにより、配管を通して、触媒フィルタへ圧縮空気を供給させる供給制御部２１３と、を備える。【選択図】図３
2020045781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの排気の窒素酸化物を除去する触媒フィルタと、
前記触媒フィルタを暖めるヒータと、
前記排気の一部を前記エンジンに戻す配管と、
圧縮空気を前記エンジンへ供給する電動過給機と、
前記エンジンが回転していない状態において、前記電動過給機を駆動させることにより、前記配管を通して、前記触媒フィルタへ前記圧縮空気を供給させる供給制御部と、を備える、内燃機関。
【請求項２】
車速を取得する測定部と、
前記触媒フィルタの温度を検出する温度検出部と、
前記温度が目標温度未満且つ前記車速が閾値以下である場合に、前記ヒータで前記触媒フィルタを加熱させた状態で前記エンジンを停止させる暖機制御部と、をさらに備える、
請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記供給制御部は、前記温度が目標温度未満且つ前記車速が閾値以下である場合に、前記電動過給機を駆動させることにより、前記触媒フィルタへ前記圧縮空気を供給させる、
請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記エンジンが回転していない状態において前記温度が前記目標温度以上になった場合に、前記ヒータは、前記触媒フィルタへの加熱を終了し、前記供給制御部は、前記電動過給機を停止させ、且つ、前記配管のバルブを閉じる、
請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記供給制御部は、前記エンジンが回転していない状態において、前記電動過給機を駆動させ、且つ、前記配管のバルブを開放することにより、前記触媒フィルタへ前記圧縮空気を供給させる、請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項６】
エンジンからの排気の窒素酸化物を除去する触媒フィルタを暖めるステップと、
前記エンジンが回転していない状態において、圧縮空気を前記エンジンへ供給する電動過給機を駆動させることにより、前記排気の一部を前記エンジンに戻す配管を通して、前記触媒フィルタへ前記圧縮空気を供給させるステップと、を備える、空気供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気の窒素酸化物を除去するための内燃機関及び空気供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒を活性化するために触媒を暖めることが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１１２２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
信号待ち等による車両の停車中の燃料消費抑制のためにエンジンを停止させることが広く行われている。エンジンを停止させている状態で触媒を暖めるには、ヒータを用いることが考えられる。しかしながら、排気が流れない状態でヒータを加熱し続けると、ヒータの過加熱によりヒータが損傷しやすいという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、エンジンを停止させた状態においてヒータにより触媒を暖める場合に、ヒータの過加熱を抑制することができる内燃機関及び空気供給方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様の内燃機関は、エンジンからの排気の窒素酸化物を除去する触媒フィルタと、前記触媒フィルタを暖めるヒータと、前記排気の一部を前記エンジンに戻す配管と、圧縮空気を前記エンジンへ供給する電動過給機と、前記エンジンが回転していない状態において、前記電動過給機を駆動させることにより、前記配管を通して、前記触媒フィルタへ前記圧縮空気を供給させる供給制御部と、を備える。
【０００７】
車速を取得する測定部と、前記触媒フィルタの温度を検出する温度検出部と、前記温度が目標温度未満且つ前記車速が閾値以下である場合に、前記ヒータで前記触媒フィルタを加熱させた状態で前記エンジンを停止させる暖機制御部と、をさらに備えてもよい。
【０００８】
前記供給制御部は、前記温度が目標温度未満且つ前記車速が閾値以下である場合に、前記電動過給機を駆動させることにより、前記触媒フィルタへ前記圧縮空気を供給させてもよい。前記エンジンが回転していない状態において前記温度が前記目標温度以上になった場合に、前記ヒータは、前記触媒フィルタへの加熱を終了し、前記供給制御部は、前記電動過給機を停止させ、且つ、前記配管のバルブを閉じてもよい。前記供給制御部は、前記エンジンが回転していない状態において、前記電動過給機を駆動させ、且つ、前記配管のバルブを開放することにより、前記触媒フィルタへ前記圧縮空気を供給させてもよい。
【０００９】
本発明の第２の態様の空気供給方法は、エンジンからの排気の窒素酸化物を除去する触媒フィルタを暖めるステップと、前記エンジンが回転していない状態において、圧縮空気を前記エンジンへ供給する電動過給機を駆動させることにより、前記排気の一部を前記エンジンに戻す配管を通して、前記触媒フィルタへ前記圧縮空気を供給させるステップと、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、エンジンを停止させた状態においてヒータにより触媒を暖める場合に、ヒータの過加熱を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の車両に搭載される内燃機関の構成を示す図である。
【図２】実施形態の車両に搭載される内燃機関の構成を示す図である。
【図３】内燃機関の機能的構成を示す図である。
【図４】内燃機関による触媒フィルタ及びヒータへの空気の供給の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施形態＞
［内燃機関の構成］
図１及び図２は、本実施形態の車両に搭載される内燃機関１００の構成を示す図である。内燃機関１００は、エアクリーナ１、ターボチャージャ２、チャージエアクーラ３、電動過給機４、チャージエアクーラ５、エンジン６、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst、ディーゼル酸化触媒）７、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）８、触媒フィルタ９、ヒータ１０、バルブ１１、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation, 排ガス再循環）クーラ１２、バルブ１３、バルブ１４、スタータ１５、クランクプーリ１６及びバッテリ１７を備える。内燃機関１００は、エンジン６からの排気に含まれる窒素酸化物を除去する後処理機能を有する。
【００１３】
図１の矢印は、エンジン６が回転している間に触媒フィルタ９を暖機している状態における空気の流れを示す。車両内に吸入された空気は、順にエアクリーナ１、ターボチャージャ２、チャージエアクーラ３、電動過給機４、チャージエアクーラ５、エンジン６、ターボチャージャ２、ＤＯＣ７、ＤＰＦ８、ヒータ１０、触媒フィルタ９を通過した後、車外へ排出される。
【００１４】
エアクリーナ１は、エンジン６に吸入される空気中のごみを除くフィルタである。ターボチャージャ２は、エンジン６の排気を利用してタービンを回転させることにより、吸入される空気を圧縮する。ターボチャージャ２が、圧縮した空気をエンジン６に供給することで、１回の燃焼行程でエンジン６が発生するトルクを増大させることができる。
【００１５】
チャージエアクーラ３及び５は、ターボチャージャ２又は電動過給機４が圧縮することにより高温となった空気を冷却する。チャージエアクーラ３及び５は、空気を冷却することによって、エンジン６が吸入する空気の密度をより高くする。電動過給機４は、モータの駆動力により圧縮した圧縮空気をエンジン６へ供給する。
【００１６】
エンジン６は、軽油等の液体燃料の燃焼により引き起こされる気筒の往復運動を回転力に変換することにより、駆動力を生成する。図１及び図２は、４気筒のディーゼルエンジンの例を示している。ＤＯＣ７は、貴金属触媒を含み、エンジン６からの排気中の未燃焼ガスを酸化する。例えば、ＤＯＣ７は、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を酸化する。ＤＰＦ８は、エンジン６の排気中の煤煙等の微粒子を除くためのフィルタである。
【００１７】
触媒フィルタ９は、エンジン６からの排気の窒素酸化物を除去する。触媒フィルタ９は、例えば、還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を選択的に還元することにより、窒素酸化物を除去するＳＣＲ触媒（Selective Catalytic Reduction、選択還元触媒）である。還元剤は、例えば尿素水である。ＳＣＲ触媒及び尿素水を用いた窒素酸化物の還元反応では、中間生成物としてアンモニアが生成される。このため、本明細書の例では、触媒フィルタ９は、生成されたアンモニアが車外へ排出されることを抑制するためのアンモニアスリップ触媒、及びＤＯＣ７と同じ酸化触媒をさらに含む。
【００１８】
ヒータ１０は、触媒フィルタ９の触媒を暖める。ヒータ１０は、例えば、エンジン６の排気の排出路において触媒フィルタ９の上流に配置されたコイルヒータであり、排気を加熱することにより、触媒フィルタ９の触媒を暖める。エンジン６の始動直後には、触媒フィルタ９において窒素酸化物を除去するための触媒の温度は、触媒活性化温度より低い。このため、ヒータ１０は、触媒フィルタ９の触媒を触媒活性化温度まで暖め、触媒フィルタ９による窒素酸化物の除去効率を向上させる。
【００１９】
電動過給機４が作動していない状態では、空気が電動過給機４を通過できないため、チャージエアクーラ３を通過した空気は、バルブ１１が配置された第１バイパス路を経由してチャージエアクーラ５へ到達する。第１バイパス路は、エンジン６への吸気路においてチャージエアクーラ３の下流の分岐点から開始し、電動過給機４が配置された方の吸気路と合流する合流点で終了する。バルブ１１は、第１バイパス路において空気を通過させるか否かを切り替える。
【００２０】
ＥＧＲ配管Ａは、エンジン６の排気の一部をエンジン６に戻すための配管である。ＥＧＲ配管Ａを通して排気の一部をエンジン６に戻すことにより、エンジン６の気筒内の燃焼時の最高温度を低下させ、窒素酸化物の生成量を低減させることができる。
【００２１】
ＥＧＲクーラ１２は、ＥＧＲ配管Ａに配置されており、エンジン６に戻す排気を冷却する。バルブ１３は、ＥＧＲクーラ１２を通過せずに排気をエンジン６に戻すための第２バイパス路に配置される。第２バイパス路は、エンジン６の排気を戻す通路においてＥＧＲクーラ１２を経由する経路との分岐点において開始し、ＥＧＲクーラ１２を経由する経路との合流点において終了する。
【００２２】
バルブ１３は、第２バイパス路を用いて排気をエンジン６に戻すか否かを切り替える。バルブ１４は、エンジン６の排気の一部をエンジン６に戻すか否かを切り替える。バルブ１４を開放した状態では、ＥＧＲクーラ１２により冷却された排気、又はバルブ１３を通過した排気がエンジン６に戻る。
【００２３】
スタータ１５は、エンジン６の回転力により発電するオルタネータである。スタータ１５は、エンジン６のクランクシャフトの先端に取り付けられたクランクプーリ１６にベルトを介して従動回転し、エンジン６の回転力を電力に変換する。また、スタータ１５は、エンジンの始動時に回転力をクランクプーリ１６に伝えることによりエンジン６を始動させる。バッテリ１７は、図１及び２の破線に示すように、電動過給機４、ヒータ１０及びスタータ１５に電力を供給する。
【００２４】
図２は、図１の内燃機関１００においてエンジン６の停止中に触媒フィルタ９の触媒を暖める場合の例を示す。図２の矢印は、エンジン６の停止中に触媒フィルタ９の触媒を暖める場合の空気の流れを示す。エンジン６の停止中には、エンジン６の排気が発生しない。一方、ヒータ１０による触媒フィルタ９の暖機中には、ヒータ１０の過加熱を抑制するために、ヒータ１０に空気を送る必要がある。そこで、電動過給機４が、空気の流れを形成する。電動過給機４から供給された圧縮空気は、順にチャージエアクーラ５、バルブ１４、バルブ１３、ターボチャージャ２、ＤＯＣ７、ＤＰＦ８、ヒータ１０、触媒フィルタ９を経由して車外へ排出される。
【００２５】
このような構成により、触媒フィルタ９の暖機が完了する前にエンジン６を停止させた場合であっても、内燃機関１００は、ヒータ１０の過加熱によりヒータ１０が損傷することを抑制することができるので、触媒フィルタ９の暖機を継続することができる。したがって、内燃機関１００は、燃費を向上させるとともに、触媒フィルタ９の温度を早期に上昇させて排気浄化性能を向上させることができる。
【００２６】
［内燃機関の機能的構成］
図３は、内燃機関１００の機能的構成を示す図である。内燃機関１００は、車速センサ１８、温度検出部１９、エンジン６、ヒータ１０、電動過給機４、バルブ１３及び１４、記憶部２０、ならびに、制御部２１を備える。車速センサ１８は、変速機（不図示）の出力軸の回転数に基づいて車速を測定する。温度検出部１９は、触媒フィルタ９の温度を検出する。記憶部２０は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成される。記憶部２０は、制御部２１を機能させるための各種プログラムや各種データを記憶する。
【００２７】
制御部２１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成される。制御部２１は、記憶部２０とともに、例えばＥＣＵ（Engine Control Unit）に設けられている。制御部２１は、記憶部２０に記憶されている各種プログラムを実行することにより、測定部２１１、暖機制御部２１２及び供給制御部２１３として機能する。
【００２８】
測定部２１１は、車速センサ１８が測定した車速を取得する。測定部２１１は、車速センサ１８が測定した車速の時間変化を監視することにより、車両が減速したか否かを判定する。
【００２９】
暖機制御部２１２は、温度検出部１９が検出した温度に基づいて、ヒータ１０に電力を供給するか否かを決定する。暖機制御部２１２は、温度検出部１９が検出した触媒フィルタ９の温度が目標温度より低い場合に、ヒータ１０により触媒フィルタ９を加熱させる。目標温度は、例えば、触媒フィルタ９において窒素酸化物を除去する一連の反応におけるいずれかの触媒の触媒活性化温度である。暖機制御部２１２は、温度検出部１９が検出した触媒フィルタ９の温度が目標温度以上になった場合に、ヒータ１０による触媒フィルタ９の暖機を終了する。
【００３０】
暖機制御部２１２は、測定部２１１が取得した車速に基づいて、エンジン６の気筒内への燃料の噴射の有無を決定する。暖機制御部２１２は、測定部２１１が取得した車速が閾値未満である場合に、いわゆるアイドリングストップモードにするために、エンジン６への燃料の噴射を停止し、エンジン６を停止させる。閾値は、例えば、時速数ｋｍから１０数ｋｍである。暖機制御部２１２は、測定部２１１が取得した車速が閾値よりも大きい場合に、エンジン６への燃料の噴射を停止させない。
【００３１】
暖機制御部２１２は、上述のように、温度検出部１９が検出した触媒フィルタ９の温度が目標温度未満であり、且つ、測定部２１１が取得した車速が閾値以下である場合、ヒータ１０で触媒フィルタ９を加熱させた状態でエンジン６を停止させる。暖機制御部２１２は、ヒータ１０で触媒フィルタ９を加熱させた状態でエンジン６を停止させている間、エンジン停止状態における暖機中であることを示す信号を供給制御部２１３へ出力する。
【００３２】
暖機制御部２１２は、触媒フィルタ９の温度が目標温度以上になった場合に、ヒータ１０による触媒フィルタ９への暖機を終了する。暖機制御部２１２は、エンジン停止状態において触媒の暖機を終了する場合には、エンジン停止状態における暖機中であることを示す信号の出力を停止する。
【００３３】
また、暖機制御部２１２は、暖機完了後に触媒フィルタ９の温度が再度目標温度未満に低下し、かつその時点の車速が閾値以下であると判定した場合には、エンジン６を始動させることなく、ヒータ１０への電力供給を再開させ、エンジン停止状態における暖機中であることを示す信号を供給制御部２１３へ出力する。
【００３４】
供給制御部２１３は、エンジン６が回転していない状態において、電動過給機４を駆動させることにより、ＥＧＲ配管Ａを通して、触媒フィルタ９へ圧縮空気を供給させる。このとき、供給制御部２１３は、ＥＧＲ配管Ａのバルブ１３及び１４を開放することにより、触媒フィルタ９へ圧縮空気を供給させる。エンジン６が回転していない状態では、エンジン６の排気はヒータ１０に供給されない。このため、ヒータ１０による暖機を行うと、ヒータ１０の過加熱によりヒータ１０が損傷しやすいという問題がある。一方、エンジン６が停止する度にヒータ１０による暖機を中断すると、暖機完了までの時間が長くなるという問題がある。また、暖機完了後に触媒フィルタ９の温度が再度低下した場合に、エンジン６が停止中であると、触媒の暖機を再開できないという問題がある。
【００３５】
そこで、供給制御部２１３は、エンジン停止状態における暖機中であることを示す信号を暖機制御部２１２から取得している間、電動過給機４を駆動させることにより、ＥＧＲ配管Ａを通して、ヒータ１０及び触媒フィルタ９へ圧縮空気を供給させる。より詳しくは、供給制御部２１３は、ＥＧＲ配管Ａのバルブ１３及び１４を開放し、ＥＧＲ配管Ａのうちの第２バイパス路を通して圧縮空気を供給する。一例としては、供給制御部２１３は、空気の供給をなるべく効率化するために、バルブ１３及び１４を全開させる。
【００３６】
暖機制御部２１２及び供給制御部２１３は、エンジン停止後に触媒フィルタ９への暖機を継続するので、停車中等にエンジン６を停止させることにより触媒フィルタ９の暖機完了までの時間が長くなることを抑制することができる。供給制御部２１３は、触媒フィルタ９の暖機のためにエンジン６を始動させる必要がないので、停車中等における燃料消費量を低減させることができる。このとき、供給制御部２１３は、排気の一部をエンジン６に戻すためのＥＧＲ配管Ａを用いて触媒フィルタ９及びヒータ１０に空気を供給するので、別途新たな配管を設けることによる内燃機関１００の大型化を抑制することができる。
【００３７】
また、暖機制御部２１２及び供給制御部２１３は、暖機完了後に触媒フィルタ９の温度が再度目標温度未満に低下した場合に、エンジン６を始動させることなく触媒フィルタ９の暖機を再開することができる。供給制御部２１３は、暖機制御部２１２がエンジン停止状態における暖機中であることを示す信号の出力を停止した場合に、電動過給機４を停止させ、ＥＧＲ配管Ａ上に配置されたバルブ１３及びバルブ１４を閉じる。
【００３８】
［触媒フィルタの暖機処理］
図４は、内燃機関１００による触媒フィルタ９及びヒータ１０への空気の供給の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順は、暖機制御部２１２がヒータ１０による触媒フィルタ９の暖機を開始したときに開始する。
【００３９】
まず、測定部２１１は、車速センサ１８が測定した車速の時間変化を監視することにより、車両の減速を検出したか否かを判定する（Ｓ１０１）。暖機制御部２１２は、車両が減速したと判定した場合（Ｓ１０１のＹＥＳ）、車速が閾値未満であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。暖機制御部２１２は、車速が閾値未満である場合に（Ｓ１０２のＹＥＳ）、エンジン６への燃料の噴射を停止し、エンジン６を停止させる（Ｓ１０３）。
【００４０】
供給制御部２１３は、電動過給機４を駆動させ（Ｓ１０４）、ＥＧＲ配管Ａのバルブ１３及び１４を開放することにより（Ｓ１０５）、ＥＧＲ配管Ａを通して、触媒フィルタ９及びヒータ１０へ圧縮空気を供給させる。暖機制御部２１２は、触媒フィルタ９の温度が目標温度以上であるか否かを判定する（Ｓ１０６）。触媒フィルタ９の温度が目標温度以上であると暖機制御部２１２が判定した場合に（Ｓ１０６のＹＥＳ）、暖機制御部２１２は、ヒータ１０を停止させ、供給制御部２１３は、電動過給機４を停止させ（Ｓ１０７）、ＥＧＲ配管Ａのバルブ１３及び１４を閉じ、処理を終了する。
【００４１】
本実施形態によれば、供給制御部２１３は、エンジン６が回転していない状態において、電動過給機を駆動させることにより、ＥＧＲ配管Ａを通して、触媒フィルタ９へ空気を供給させる。このため、ヒータ１０による過加熱を抑制しつつ、触媒フィルタ９を暖めることができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、供給制御部２１３が吸気路においてターボチャージャ２の下流に排気を戻すＨＰ―ＥＧＲ（High Pressure-EGR）配管を通して、エンジン６に排気を戻す場合の例について説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されない。例えば、供給制御部２１３は、エアクリーナ１とターボチャージャ２との間に排気を戻すＬＰ−ＥＧＲ（Low Pressure-EGR）配管を通して、エンジン６に排気を戻してもよい。この場合、エアクリーナ１への排気の逆流を防止する弁を配置する必要がある。
【００４３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。
【符号の説明】
【００４４】
１  エアクリーナ
２  ターボチャージャ
３，５  チャージエアクーラ
４  電動過給機
６  エンジン
７  ＤＯＣ
８  ＤＰＦ
９  触媒フィルタ
１０  ヒータ
１１，１３，１４  バルブ
１２  クーラ
１５  スタータ
１６  クランクプーリ
１７  バッテリ
１８  車速センサ
１９  温度検出部
２０  記憶部
２１  制御部
１００  内燃機関
２１１  測定部
２１２  暖機制御部
２１３  供給制御部
【図１】
2020045781.tif 000003
【図２】
2020045781.tif 000004
【図３】
2020045781.tif 000005
【図４】
2020045781.tif 000006