(57)【要約】【課題】燃費性能及び、排気浄化性能の両立を図る。【解決手段】エンジン１０に吸気を導入する吸気系２０と、吸気系２０に設けられると共に、その内部を流通する吸気を流入する冷却媒体と熱交換させることにより冷却するインタークーラ２２と、エンジン１０から排気を導出する排気系３０と、排気系３０に設けられると共に、排気を浄化する触媒５１，６５を有する排気後処理装置５０，６０と、触媒の温度を取得する温度取得部９２，９３，１１０，１２０と、取得される触媒の温度が所定の活性温度未満の場合に、インタークーラ２２への冷却媒体の流入を遮断するシャッター装置７０とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに吸気を導入する吸気系と、
前記吸気系に設けられると共に、その内部を流通する吸気を流入する冷却媒体と熱交換させることにより冷却するインタークーラと、
前記エンジンから排気を導出する排気系と、
前記排気系に設けられると共に、排気を浄化する触媒を有する排気後処理装置と、
前記触媒の温度を取得する温度取得手段と、
取得される前記触媒の温度が所定の活性温度未満の場合に、前記インタークーラへの前記冷却媒体の流入を遮断する遮断手段と、を備える
ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項２】
前記インタークーラは、吸気を車両走行風と熱交換させることにより冷却する空冷式のインタークーラであり、前記遮断手段は、前記インタークーラよりも車体前側に配置されて前記走行風の前記インタークーラへの流入を遮断可能なシャッター装置である
請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項３】
前記インタークーラは、吸気を冷却水と熱交換させることにより冷却する水冷式のインタークーラであり、前記遮断手段は、取得される前記触媒の温度が前記活性温度未満の場合に、前記インタークーラへの前記冷却水の流入を遮断する
請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項４】
前記エンジンの運転状態を取得する運転状態取得手段をさらに備え、
前記遮断手段は、取得される前記触媒の温度が前記活性温度未満であっても、取得される前記運転状態が所定の高負荷運転状態にある場合には、前記インタークーラに前記冷却媒体を流入させる
請求項１から３の何れか一項に記載のエンジンシステム。
【請求項５】
前記所定の高負荷運転状態は、前記吸気系の耐熱温度に基づいて設定される
請求項４に記載のエンジンシステム。
【請求項６】
前記排気後処理装置は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えており、
前記遮断手段は、取得される前記触媒の温度が前記活性温度以上であっても、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生時は、前記インタークーラへの前記冷却媒体の流入を遮断する
請求項１から５の何れか一項に記載のエンジンシステム。
【請求項７】
前記インタークーラよりも上流側の前記吸気系に過給機のコンプレッサをさらに備える
請求項１から６の何れか一項に記載のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エンジンシステムに関し、特に、インタークーラ及び排気後処理装置を備えるエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の排気後処理装置として、尿素水から排気熱により加水分解されて生成されるアンモニアを還元剤として排気ガス中の窒素化合物（以下、ＮＯｘ）を還元浄化する選択的還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒）や、排気ガス中の一酸化炭素及び炭化水素等を無害化する酸化触媒等を備えるものが知られている。これらＳＣＲ触媒や酸化触媒の良好な浄化能力を得るには、触媒温度を活性温度以上に維持することが好ましい。
【０００３】
例えば、特許文献１には、エンジンにアーリー・ポスト噴射（アフタ噴射に近いタイミングで行う噴射）を実行させて、筒内の燃焼温度を上昇させることにより、触媒温度を活性温度まで早期に上昇させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０７２６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記文献記載の技術のように、触媒温度を上昇させるために、燃料噴射を主とした昇温制御を多用すると、燃料消費量の増加に伴い、燃費性能の悪化を招くといった課題がある。
【０００６】
本開示の技術は、燃費性能及び、排気浄化性能の両立を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の技術は、エンジンに吸気を導入する吸気系と、前記吸気系に設けられると共に、その内部を流通する吸気を流入する冷却媒体と熱交換させることにより冷却するインタークーラと、前記エンジンから排気を導出する排気系と、前記排気系に設けられると共に、排気を浄化する触媒を有する排気後処理装置と、前記触媒の温度を取得する温度取得手段と、取得される前記触媒の温度が所定の活性温度未満の場合に、前記インタークーラへの前記冷却媒体の流入を遮断する遮断手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記インタークーラは、吸気を車両走行風と熱交換させることにより冷却する空冷式のインタークーラであり、前記遮断手段は、前記インタークーラよりも車体前側に配置されて前記走行風の前記インタークーラへの流入を遮断可能なシャッター装置であってもよい。
【０００９】
また、前記インタークーラは、吸気を冷却水と熱交換させることにより冷却する水冷式のインタークーラであり、前記遮断手段は、取得される前記触媒の温度が前記活性温度未満の場合に、前記インタークーラへの前記冷却水の流入を遮断することが好ましく、前記所定の高負荷運転状態は、前記吸気系の耐熱温度に基づいて設定されることが好ましい。
【００１０】
また、前記エンジンの運転状態を取得する運転状態取得手段をさらに備え、前記遮断手段は、取得される前記触媒の温度が前記活性温度未満であっても、取得される前記運転状態が所定の高負荷運転状態にある場合には、前記インタークーラに前記冷却媒体を流入させることが好ましい。
【００１１】
また、前記排気後処理装置は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えており、前記遮断手段は、取得される前記触媒の温度が前記活性温度以上であっても、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生時は、前記インタークーラへの前記冷却媒体の流入を遮断することが好ましい。
【００１２】
また、前記インタークーラよりも上流側の前記吸気系に過給機のコンプレッサをさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の技術によれば、燃費性能及び、排気浄化性能の両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る車両に搭載されたエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本実施形態に係るエンジンシステムにおいて、（Ａ）はシャッター装置が開状態、（Ｂ）はシャッター装置が閉状態を示す模式図である。
【図３】本実施形態に係る制御の処理フローを説明するフローチャート図である。
【図４】他の実施形態に係るエンジンシステムの要部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面に基づいて、本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。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る車両１に搭載されたエンジン１０の吸排気系を示す模式的な全体構成図である。エンジン１０は、例えば、ディーゼルエンジンであって、シリンダヘッドＣＨの側部には、吸気マニホールド１１（吸気系）及び、排気マニホールド１２（排気系）が設けられている。
【００１７】
吸気マニホールド１１には、吸気通路２０（吸気系）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２１、過給機４０のコンプレッサ４２、インタークーラ２２、吸気スロットルバルブ２７等が設けられている。
【００１８】
排気マニホールド１２には、排気通路３０（排気系）が接続されている。排気通路３０には、排気上流側から順に、過給機４０のタービン４１、前段後処理装置５０（排気後処理装置）、後段後処理装置６０（排気後処理装置）等が設けられている。
【００１９】
前段後処理装置５０は、排気上流側から順に、酸化触媒５１及び、パティキュレイト・フィルタ（以下、フィルタ）５２を備えている。
【００２０】
酸化触媒５１は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分等を担持して形成されている。酸化触媒５１は、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）を酸化して無害化するように機能する。
【００２１】
フィルタ５２は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気ガスの流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ５２は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するフィルタ再生が実施される。フィルタ再生は、エンジン１０のポスト噴射や図示しない排気管インジェクタの排気管噴射によって未燃燃料を酸化触媒５１に供給し、排気ガス温度をＰＭ燃焼温度まで上昇させることにより実行される。
【００２２】
後段後処理装置６０は、排気上流側から順に、尿素水噴射装置６１及び、ＳＣＲ触媒６５を備えている。
【００２３】
尿素水噴射装置６１は、尿素水を貯留する尿素水タンク６２と、尿素水タンク６２から尿素水を汲み上げる尿素水ポンプ６３と、ＳＣＲ触媒６５よりも上流側の排気通路３０内に尿素水を噴射する尿素水インジェクタ６４とを備えている。尿素水インジェクタ６４から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（ＮＨ３）に生成され、下流側のＳＣＲ触媒６５に還元剤として供給される。
【００２４】
ＳＣＲ触媒６５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６５は、尿素水インジェクタ６４から還元剤として供給されるアンモニアを吸着すると共に、吸着したアンモニアで通過する排気ガス中からＮＯｘを選択的に還元浄化するように機能する。
【００２５】
エンジン回転数センサ９０（運転状態取得手段）は、エンジン１０の不図示のクランクシャフトからエンジン回転数を取得する。アクセル開度センサ９１（運転状態取得手段）は、不図示のアクセルペダルの踏み込み量に応じたアクセル開度（燃料噴射指示値）を取得する。第１排気温度センサ９２（温度取得手段）は、酸化触媒５１の上流側に設けられており、酸化触媒５１に流入する排気ガスの温度（以下、ＤＯＣ入口温度）を取得する。第２排気温度センサ９３（温度取得手段）は、ＳＣＲ触媒６５の上流側に設けられており、ＳＣＲ触媒６５に流入する排気ガスの温度（以下、ＳＣＲ入口温度）を取得する。インタークーラ出口温度センサ９５は、インタークーラ２２を通過した吸入空気の温度を取得する。吸気マニホールド温度センサ９６は、吸気マニホールド１１内の吸入空気の温度を取得する。吸入空気量センサ（以下、ＭＡＦセンサ）９７は、吸入空気量を取得する。ブースト圧センサ９８は、コンプレッサ４２により加圧される圧縮吸気の圧力を取得する。これら各センサ９０〜９８のセンサ値は、電気的に接続された電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１００に入力される。
【００２６】
本実施形態において、インタークーラ２２は、空冷式のインタークーラであって、過給機４０のコンプレッサ４２により圧送されて、その内部を流通する吸気を主として走行風（冷却媒体の一例）と熱交換させることにより冷却する。インタークーラ２２は、車両１の前面に配されて走行風をエンジンルーム内に取り込むフロントグリル７７とエンジン１０との間に設けられている。また、フロントグリル７７とインタークーラ２２との間には、インタークーラ２２への走行風の流入を遮断可能なシャッター装置７０（遮断手段の一例）が設けられている。
【００２７】
シャッター装置７０は、開口部７１を遮閉可能なフラップ７２と、フラップ７２を開閉作動させるアクチュエータ７５とを備えている。フラップ７２は、回転軸７３を軸心に回動可能に取り付けられており、アクチュエータ７５の作動によって、開口部７１を遮閉する「閉状態」と、開口部７１を開放する「開状態」とに選択的に切り替え可能に構成されている。アクチュエータ７５の作動は、ＥＣＵ１００からの指令に応じてコントロールされるようになっている。
【００２８】
ＥＣＵ１００は、エンジン１０等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。また、ＥＣＵ１００は、第１触媒温度推定部１１０（温度取得手段）と、第２触媒温度推定部１２０（温度取得手段）と、シャッター制御部１３０とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態で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。
【００２９】
第１触媒温度推定部１１０は、第１排気温度センサ９２から入力されるＤＯＣ入口温度に基づいて、酸化触媒５１の内部温度（以下、ＤＯＣ内部温度）を推定する。ＤＯＣ内部温度は、ＤＯＣ入口温度に、予め実験等により取得した係数等を乗じることにより演算すればよい。また、ＤＯＣ内部温度は、ＤＯＣ出口温度を取得可能な温度センサ（不図示）を備えていれば、ＤＯＣ入口温度とＤＯＣ出口温度とに基づいて推定演算してもよい。
【００３０】
第２触媒温度推定部１２０は、第２排気温度センサ９３から入力されるＳＣＲ入口温度に基づいて、ＳＣＲ触媒６５の内部温度（以下、ＳＣＲ内部温度）を推定する。ＳＣＲ内部温度は、ＳＣＲ入口温度に、予め実験等により取得した係数等を乗じることにより演算すればよい。また、ＳＣＲ内部温度は、ＳＣＲ出口温度を取得可能な温度センサ（不図示）を備えていれば、ＳＣＲ入口温度とＳＣＲ出口温度とに基づいて推定演算してもよい。
【００３１】
シャッター制御部１３０は、各触媒温度推定部１１０，１２０で推定されたＤＯＣ内部温度及びＳＣＲ内部温度に基づいて、アクチュエータ７５の作動を制御することにより、シャッター装置７０を閉状態又は開状態に選択的に切り替える開閉制御を実施する。
【００３２】
具体的には、シャッター制御部１３０は、ＤＯＣ内部温度及びＳＣＲ内部温度の何れもが、所定の活性温度閾値（例えば、約１８０〜２００℃）以上であれば、アクチュエータ７５に開弁指示信号を出力し、シャッター装置７０を開状態に制御する。シャッター装置７０が開状態の時は、図２（Ａ）に示すように、走行風Ａはフロントグリル７７から開口部７１を通過してインタークーラ２２に導入され、コンプレッサ４２により圧縮された吸気が冷却される。
【００３３】
一方、シャッター制御部１３０は、ＤＯＣ内部温度又はＳＣＲ内部温度の少なくとも一方が所定の活性温度閾値未満であれば、アクチュエータ７５に閉弁指示信号を出力し、シャッター装置７０を閉状態に制御する。シャッター装置７０が閉状態の時は、図２（Ｂ）に示すように、走行風Ａはシャッター装置７０のフラップ７２によって遮られ、インタークーラ２２による吸気の冷却機能は停止又は抑制される。すなわち、ＤＯＣ内部温度やＳＣＲ内部温度が活性温度よりも低い時は、コンプレッサ４２で圧縮された高温吸気がエンジン１０の燃焼室Ｃに導入され、燃焼室Ｃから高温排気が排出されることにより、酸化触媒５１やＳＣＲ触媒６５が活性温度域まで早期に昇温されるようになる。
【００３４】
また、シャッター制御部１３０は、ＤＯＣ内部温度又はＳＣＲ内部温度の少なくとも一方が所定の活性温度閾値未満であっても、エンジン１０の運転状態が所定の高負荷運転状態にある場合には、アクチュエータ７５に開弁指示信号を出力し、シャッター装置７０を開状態に制御する。
【００３５】
インタークーラ２２は、吸入空気温度を下げて空気密度を上昇させ、排気黒煙（スモーク）を低減するために設けられるのが一般的である。このため、吸入空気温度が上昇し過ぎると、シリンダ充填効率が悪化することで、スモークを発生させる要因となる。そこで、本実施形態では、インタークーラ出口温度センサ９５又は吸気マニホールド温度センサ９６等、インタークーラ２２よりも吸気下流側に設けられた温度センサのセンサ値が、所定の上限閾値温度を超えた場合（所定の高負荷運転状態の一例）、シャッター装置７０を開状態に制御して、インタークーラ２２の冷却機能を作動させる。具体的な上限閾値温度については、例えば、予め実験等によりスモーク発生と温度センサ値との関係を求めて、エンジン回転数や燃料噴射量等に基づいて参照させるマップとしてＥＣＵ１００のメモリに格納しておき、該マップからエンジン１０の運転状態に応じた値を読み取ることにより設定するように構成すればよい。
【００３６】
なお、所定の高負荷運転状態の他の一例は、シリンダ充填効率であってもよい。この場合は、各種センサ類（ＭＡＦセンサ９７やブースト圧センサ９８、各温度センサ９５，９６等）のセンサ値からシリンダ充填効率を演算し、該演算値を閾値と比較することにより、シャッター装置７０を開状態に制御すればよい。
【００３７】
また、所定の高負荷運転状態の他の一例は、吸気経路の耐熱温度に基づいて決定される状態量であってもよい。吸気マニホールド１１が樹脂素材の場合は、１２０℃程度を吸気の閾値温度とし、吸気マニホールド１１が金属素材の場合は、コンプレッサ出口温度の上限（１８０℃程度）を閾値温度に設定すればよい。
【００３８】
さらに、シャッター制御部１３０は、ＤＯＣ内部温度が所定の活性温度閾値以上であっても、フィルタ再生の実行期間はアクチュエータ７５に閉弁指示信号を出力し、シャッター装置７０を閉状態に制御する。このように、フィルタ再生期間中は、インタークーラ２２による吸気の冷却機能を停止又は抑制し、酸化触媒５１に高温排気を供給することで、フィルタ再生に消費されるポスト噴射量や排気管噴射量を効果的に低減することが可能になる。
【００３９】
次に、図３に基づいて、本実施形態に係るエンジンシステムの制御の処理フローを説明する。なお、本制御は、好ましくは、エンジン１０の始動と同時にスタートする。
【００４０】
ステップＳ１００では、ＤＯＣ内部温度又はＳＣＲ内部温度の少なくとも一方が所定の活性温度閾値未満か否かを判定する。ＤＯＣ内部温度又はＳＣＲ内部温度の少なくとも一方が所定の活性温度閾値未満の場合（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ１４０に進む。一方、ＤＯＣ内部温度及びＳＣＲ内部温度が所定の活性温度閾値以上の場合（Ｎｏ）、本制御はステップＳ１１０に進む。
【００４１】
ステップＳ１１０では、フィルタ再生の実行中か否かを判定する。フィルタ再生の実行中でない場合（Ｎｏ）、本制御はステップＳ１２０に進み、シャッター装置７０を開状態に制御してリターンされる。一方、フィルタ再生の実行中である場合（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ１３０に進み、排気温度を上昇させるべく、シャッター装置７０を閉状態に制御してリターンされる。
【００４２】
上述のステップＳ１００からステップＳ１４０に進むと、エンジン１０の運転状態が所定の高負荷運転状態にあるか否かを判定する。エンジン１０の運転状態が所定の高負荷運転状態にない場合（Ｎｏ）、本制御はステップＳ１５０に進み、インタークーラ２２による吸気の冷却を停止して触媒温度を早期に上昇させるべく、シャッター装置７０を閉状態に制御してリターンされる。一方、エンジン１０の運転状態が所定の高負荷運転状態にある場合（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ１６０に進み、スモークの発生を抑制すべく、シャッター装置７０を開状態に制御してリターンされる。その後、上述の各制御ステップは、エンジン１０が停止するまで繰り返し処理される。
【００４３】
以上詳述した本実施形態によれば、触媒温度が活性温度よりも低い場合には、インタークーラ２２の前方に配置されたシャッター装置７０を閉状態に切り替えることで、インタークーラ２２への走行風の流入が遮られるように構成されている。これにより、コンプレッサ４２で圧縮された高温吸気が燃焼室Ｃに導入され、さらに、燃焼室Ｃから導出される高温排気が酸化触媒５１やＳＣＲ触媒６５に供給されるようになり、触媒温度を早期に活性温度域まで上昇させることが可能になる。また、触媒温度が活性温度域まで早期に上昇することで、排気浄化性能を効果的に向上することができる。また、従前の技術のような燃料噴射を伴う昇温制御の実行を削減又は廃止することが可能となり、エンジン１０の燃費性能も効果的に向上することができる。
【００４４】
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示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。
【００４５】
例えば、図４に示すように、インタークーラ２２は、冷却水回路８０を流れる冷却水（冷却媒体）により吸気を冷却する水冷式のインタークーラであってもよい。この場合は、冷却水回路８０にインタークーラ２２を迂回するバイパス流路８１を設け、ＤＯＣ内部温度又はＳＣＲ内部温度の少なくとも一方が所定の活性温度閾値未満の場合に、流路切替バルブ８２（遮断手段の一例）により冷却水をバイパス流路８１に流通させればよい。
【００４６】
また、エンジン１０は、ディーゼルエンジンに限定されず、吸気系にインタークーラ２２を備えるエンジンであれば、ガソリンエンジン等の他のエンジンにも広く適用することが可能である。
【００４７】
また、エンジン１０は、図示例の４気筒エンジンに限定されず、単気筒、或は、４気筒以外の多気筒エンジンであってよい。
【００４８】
また、後段後処理装置６０のＮＯｘ触媒は、ＳＣＲ触媒６５に限定されず、ＬＮＴ触媒等の他のＮＯｘ触媒であってもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１  車両
１０  エンジン
１１  吸気マニホールド（吸気系）
１２  排気マニホールド（排気系）
２０  吸気通路（吸気系）
２２  インタークーラ
３０  排気通路（排気系）
４０  過給機
４１  タービン
４２  コンプレッサ
５０  前段後処理装置（排気後処理装置）
５１  酸化触媒
５２  フィルタ
６０  後段後処理装置（排気後処理装置）
６５  ＳＣＲ触媒
７０  シャッター装置（遮断手段）
９０  エンジン回転数センサ（運転状態取得手段）
９１  アクセル開度センサ（運転状態取得手段）
９２  第１排気温度センサ（温度取得手段）
９３  第２排気温度センサ（温度取得手段）
１００  ＥＣＵ
１１０  第１触媒温度推定部（温度取得手段）
１２０  第２触媒温度推定部（温度取得手段）
１３０  シャッター制御部
【図１】
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【図２】
2020012407.tif 000004
【図３】
2020012407.tif 000005
【図４】
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