WO2022196651A1 - エンジンシステム - Google Patents
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- F02M26/52—Systems for actuating EGR valves
Definitions
- the present disclosure relates to an engine system, and more particularly to an engine system including an internal combustion engine and a control device thereof.
- warm-up parts there are parts that cannot fully demonstrate their performance unless the temperature reaches a certain level or higher, or that adversely affect the performance of the engine (called warm-up parts).
- an aftertreatment device containing a catalyst cannot sufficiently treat harmful components in the exhaust unless the temperature reaches a predetermined activation start temperature or higher.
- the present disclosure was created in view of such circumstances, and its purpose is to provide an engine system that can promote warming up of parts that require warming up.
- an electric turbocharger an exhaust shutter valve provided in an exhaust passage on the downstream side of the turbocharger; a low-pressure EGR passage having one end connected to an exhaust passage between the turbocharger and the exhaust shutter valve and the other end connected to an intake passage upstream of the turbocharger; a low-pressure EGR valve that opens and closes the low-pressure EGR passage; a high-pressure EGR passage having one end connected to the exhaust passage on the upstream side of the turbocharger and the other end connected to the intake passage on the downstream side of the turbocharger; a high pressure EGR valve that opens and closes the high pressure EGR passage; an electronic control unit configured to control the turbocharger, the exhaust shutter valve, the low pressure EGR valve and the high pressure EGR valve; with The electronic control unit executes a first control mode of closing the exhaust shutter valve, opening the low pressure EGR valve, opening the high pressure EGR valve, and operating the turbocharger before starting the engine.
- An engine system is provided.
- the engine system includes an aftertreatment device provided in the exhaust passage downstream of the exhaust shutter valve.
- the engine system includes an EGR cooler provided in the high-pressure EGR passage, a first bypass passage that bypasses the EGR cooler, and a first bypass valve that opens and closes the first bypass passage,
- the electronic control unit opens the first bypass valve when executing the first control mode.
- the engine system includes an intercooler provided in an intake passage downstream of the turbocharger, a second bypass passage that bypasses the intercooler, and a second bypass valve that opens and closes the second bypass passage.
- the electronic control unit opens the second bypass valve when executing the first control mode.
- the engine system includes an EGR cooler provided in the high-pressure EGR passage, and a cooling water circuit for circulating engine cooling water through the EGR cooler.
- the engine system includes an intercooler provided in an intake passage downstream of the turbocharger, and a cooling water circuit for circulating engine cooling water through the intercooler.
- the engine system includes an oil cooler provided in the cooling water circuit.
- the electronic control unit executes a second control mode after executing the first control mode before starting the engine, opens the exhaust shutter valve in the second control mode, and The low pressure EGR valve is closed, the high pressure EGR valve is opened, and the turbocharger is activated.
- FIG. 1 is a schematic diagram of an engine system according to a first embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is a schematic diagram showing the operation of the first embodiment.
- FIG. 3 is a schematic diagram showing the operation of the modification of the first embodiment.
- FIG. 4 is a schematic diagram of an engine system according to a second embodiment.
- FIG. 1 is a schematic diagram of an engine system according to a first embodiment of the present disclosure.
- the engine system includes an engine (internal combustion engine) 1 and its control device.
- the engine 1 is a multi-cylinder compression ignition internal combustion engine mounted on a vehicle, specifically an in-line four-cylinder diesel engine.
- the vehicle is a large vehicle such as a truck.
- the engine may be mounted on a moving object other than a vehicle, such as a ship, construction machine, or industrial machine. Also, the engine may not be mounted on a moving object, and may be of a stationary type.
- the engine 1 includes an engine body 2 and an intake passage 3 and an exhaust passage 4 connected to the engine body 2 .
- the engine body 2 includes structural parts such as a cylinder head, a cylinder block, and a crankcase, and movable parts such as pistons, crankshafts, and valves housed therein.
- the intake passage 3 is mainly defined by an intake manifold 10 connected to the engine body 2 (particularly the cylinder head) and an intake pipe 11 connected to the upstream end of the intake manifold 10 .
- the intake pipe 11 is provided with an air cleaner 12, a compressor 14C of the turbocharger 14, and an intercooler 15 in this order from the upstream side.
- the exhaust passage 4 is mainly defined by an exhaust manifold 20 connected to the engine body 2 (particularly the cylinder head) and an exhaust pipe 21 arranged downstream of the exhaust manifold 20 .
- a turbine 14T of the turbocharger 14 is provided between the exhaust pipe 21 or the exhaust manifold 20 and the exhaust pipe 21 .
- the exhaust pipe 21 on the downstream side of the turbine 14T is provided with a filter 23, an exhaust shutter valve 26, a urea water injection valve 25, and a selective reduction NOx catalyst 24 in this order from the upstream side.
- the filter 23 consists of a so-called continuous regeneration type particulate filter with a catalyst, collects particulate matter (PM: Particulate Matter) contained in the exhaust gas, and continuously burns and removes the collected PM.
- a selective reduction NOx catalyst (so-called SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst) 24 reduces and removes NOx in the exhaust gas using ammonia derived from the urea water injected from the urea water injection valve 25 as a reducing agent.
- the filter 23 and the NOx catalyst 24 are post-treatment devices that perform exhaust post-treatment. Further, in the present embodiment, the NOx catalyst 24 constitutes a warm-up required component as a warm-up promotion target. As is well known, the NOx catalyst 24 cannot sufficiently remove NOx unless the temperature reaches a predetermined activation start temperature or higher. Therefore, it is necessary to raise the temperature above the activation start temperature as soon as possible to promote warm-up.
- the turbocharger 14 is electric and has an electric motor 14M for driving it.
- the electric motor 14M drives the turbine shaft connecting the compressor 14C and the turbine 14T.
- the engine 1 also includes a low-pressure EGR passage 5.
- One end of the low-pressure EGR passage 5 is connected to the exhaust passage 4 between the turbocharger 14 and the exhaust shutter valve 26 (between the filter 23 and the exhaust shutter valve 26 in this embodiment).
- the other end of the low-pressure EGR passage 5 is connected to the intake passage 3 upstream of the turbocharger 14 and downstream of the air cleaner 12 .
- a low-pressure EGR valve 6 that opens and closes the low-pressure EGR passage 5 is provided in the low-pressure EGR passage 5 .
- EGR is an abbreviation for exhaust gas recirculation.
- the low-pressure EGR valve 6 is composed of a two-way solenoid valve that simply opens and closes.
- the engine 1 also includes a high-pressure EGR passage 31.
- One end of the high-pressure EGR passage 31 is connected to the exhaust passage 4 (exhaust manifold 20 in this embodiment) on the upstream side of the turbocharger 14 .
- the other end of the high pressure EGR passage 31 is connected to the intake passage 3 (the intake manifold 10 in this embodiment) on the downstream side of the turbocharger 14 .
- the high-pressure EGR passage 31 is provided with an EGR cooler 32 and a high-pressure EGR valve 33 that opens and closes the high-pressure EGR passage 31 in order from the upstream side in the EGR gas flow direction.
- the high-pressure EGR valve 33 is composed of a two-way solenoid valve that simply opens and closes.
- the engine 1 includes a first bypass passage 34 that bypasses the EGR cooler 32 and a first bypass valve 35 that opens and closes the first bypass passage 34 .
- One end of the first bypass passage 34 is connected to the high pressure EGR passage 31 between the high pressure EGR valve 33 and the EGR cooler 32 .
- the other end of the first bypass passage 34 is connected to the high pressure EGR passage 31 on the downstream side of the EGR cooler 32 .
- the first bypass valve 35 is composed of a three-way electromagnetic valve installed at a connection position between one end of the first bypass passage 34 and the high-pressure EGR passage 31 .
- the EGR cooler 32 of the present embodiment is air-cooled, but may be water-cooled.
- the first bypass valve 35 When the first bypass valve 35 is closed, the high-pressure EGR passage 31 on the upstream side and the downstream side in the EGR gas flow direction is communicated, and the first bypass passage 34 is closed.
- the first bypass valve 35 When the first bypass valve 35 is open, the high pressure EGR passage 31 on the downstream side and the first bypass passage 34 are communicated, and the high pressure EGR passage 31 on the upstream side is closed.
- the first bypass valve 35 is deformable.
- the first bypass valve 35 may be configured by a three-way solenoid valve installed at a connection position between the other end of the first bypass passage 34 and the high-pressure EGR passage 31 .
- the first bypass valve 35 may be configured by a two-way electromagnetic valve that is provided in the first bypass passage 34 and simply opens and closes.
- the engine 1 includes a second bypass passage 7 that bypasses the intercooler 15 and a second bypass valve 8 that opens and closes the second bypass passage 7 .
- One end of the second bypass passage 7 is connected to the intake passage 3 between the turbocharger 14 and the intercooler 15 .
- the other end of the second bypass passage 7 is connected to the intake passage 3 downstream of the intercooler 15 and upstream of the connection position of one end of the high-pressure EGR passage 31 .
- the second bypass valve 8 is composed of a three-way electromagnetic valve installed at a connection position between the other end of the second bypass passage 7 and the intake passage 3 .
- the intercooler 15 of this embodiment is air-cooled, it may be water-cooled.
- the second bypass valve 8 is deformable.
- the second bypass valve 8 may be configured by a three-way electromagnetic valve installed at a connection position between one end of the second bypass passage 7 and the intake passage 3 .
- the second bypass valve 8 may be configured by a two-way solenoid valve that is provided in the second bypass passage 7 and simply opens and closes.
- the engine system includes an electronic control unit (referred to as an ECU (Electronic Control Unit)) 100 that constitutes a control device.
- the ECU 100 is configured to control the engine 1, and in particular to control the motor 14M of the turbocharger 14, the exhaust shutter valve 26, the low pressure EGR valve 6 and the high pressure EGR valve 33.
- the ECU 100 is also configured to control the first bypass valve 35 and the second bypass valve 8 .
- the ECU 100 executes a first control mode that controls each of the above devices as follows.
- the ECU 100 when executing the first control mode, closes the exhaust shutter valve 26, opens the low pressure EGR valve 6, opens the high pressure EGR valve 33, and drives the motor 14M to drive the turbocharger 14. activate the The ECU 100 also opens the first bypass valve 35 and the second bypass valve 8 .
- the compressor 14C sucks and compresses the air sent mainly from the low-pressure EGR passage 5 and discharges it toward the intercooler 15. Since the second bypass valve 8 is open, the air bypasses the intercooler 15 , flows through the second bypass passage 7 , and flows into the high pressure EGR passage 31 via the intake passage 3 .
- the inflowing air bypasses the EGR cooler 32 , flows through the first bypass passage 34 , and flows into the exhaust passage 4 .
- the air is then sent to the filter 23 by the turbine 14T and passes through the filter 23. Since the low-pressure EGR valve 6 is open, air flows from the exhaust passage 4 downstream of the filter 23 into the low-pressure EGR passage 5, flows through the low-pressure EGR passage 5, and is returned to the intake passage 3 upstream of the compressor 14C.
- Such a circulation flow is generated by the operation of the turbocharger 14.
- Compression work of the compressor 14C and heat generation of the motor 14M can raise the temperature of the circulating air.
- the temperature of the engine 1 can be raised and the engine 1 can be warmed up. That is, the engine 1 can be preheated before starting the engine 1 .
- the engine 1 when the engine 1 is started, the engine 1 operates normally according to normal control. At this time, since the exhaust temperature of the engine 1 is higher than when the first control mode is not executed, the temperature of the NOx catalyst 24 can be raised to the activation start temperature or higher in a shorter period of time. As a result, warming up of the NOx catalyst 24 can be promoted, and the amount of NOx emissions after the engine is started can be suppressed.
- the temperature of the engine oil which is another component that needs to be warmed up, can be raised to a predetermined temperature or higher in a short period of time after the engine starts.
- the warm-up of the engine oil can be accelerated, the friction of the engine sliding parts after the engine is started can be reduced, and the fuel efficiency of the engine can be improved.
- the temperature of the engine cooling water which is another part that needs to be warmed up, can be raised in a short time after the engine starts.
- the first bypass valve 35 is opened when executing the first control mode, it is possible to suitably suppress the temperature drop caused by the circulation air flowing through the EGR cooler 32 .
- the second bypass valve 8 is opened when the first control mode is executed, so it is possible to suitably suppress the temperature drop caused by the circulation air flowing through the intercooler 15 .
- the ECU 100 controls each device based on the engine operating conditions (rotational speed, load, water temperature, etc.) in the same manner as in a normal engine system. For example, the ECU 100 opens the exhaust shutter valve 26, controls the opening of the low-pressure EGR valve 6 and the high-pressure EGR valve 33 according to the operating state of the engine, and controls the rotation speed of the motor 14M according to the operating state of the engine. The ECU 100 also closes the first bypass valve 35 and the second bypass valve 8 to prevent the intake and exhaust from flowing through the first bypass passage 34 and the second bypass passage 7 .
- the exhaust shutter valve 26 is originally used as an exhaust brake or the like, and allows a small amount of exhaust gas to pass through even when closed. However, only when the first control mode and the later-described second control mode are executed, the passage of air may be completely blocked when closed.
- the ECU 100 of this modified example executes the second control mode after executing the first control mode before starting the engine.
- the ECU 100 executes the second control mode immediately before starting the engine immediately after executing the first control mode.
- the ECU 100 opens the exhaust shutter valve 26 and closes the low pressure EGR valve 6. Other valves are controlled in the same manner as in the first control mode.
- the compressor 14C sucks, compresses, and discharges new air sent from the intake passage 3 on the upstream side. Also, the air discharged from the turbine 14T passes through the filter 23 and is supplied to the NOx catalyst 24 via the exhaust shutter valve 26 without flowing into the low-pressure EGR passage 5 .
- the air warmed by the compression work of the compressor 14C, the heat generated by the motor 14M, and mainly the heat of the engine body 2 is supplied to the NOx catalyst 24, and the NOx catalyst 24 can be preheated before starting the engine. .
- the temperature of the NOx catalyst 24 can be raised to the activation start temperature or higher in a shorter time than when the second control mode is not executed, thereby promoting warming up of the NOx catalyst 24 and starting the engine. Later NOx emissions can be suppressed.
- the first bypass passage 34, the first bypass valve 35, the second bypass passage 7 and the second bypass valve 8 are omitted.
- the EGR cooler 32 and the intercooler 15 are water-cooled by engine cooling water.
- the engine 1 includes a cooling water circuit 9 that circulates engine cooling water through the engine body 2 , the EGR cooler 32 and the intercooler 15 .
- An electric water pump 13 is provided in the cooling water circuit 9 . Note that water passages leading to the engine body 2 are omitted.
- the engine 1 includes an oil circuit 17 that circulates engine oil through the engine body 2 and an oil cooler 16 .
- An electric oil pump 18 is provided in the oil circuit 17 .
- An oil passage leading to the engine body 2 is omitted. Since the oil cooler 16 is of a water-cooled type, it is also provided in the cooling water circuit 9 .
- the air heated by the compression work of the compressor 14C and the heat generated by the motor 14M can be used to heat the cooling water and thus the oil. That is, inside the EGR cooler 32 and the intercooler 15, the heat of the air is transferred to the cooling water, and the heat of the engine body 2 is transferred to the cooling water, thereby increasing the temperature of the cooling water. Further, the temperature of the oil can be increased by transferring the heat of the cooling water whose temperature has increased to the oil inside the oil cooler 16 and transferring the heat of the engine body 2 to the oil.
- the engine 1 is not started, but by activating (turning on) the water pump 13 and the oil pump 18, the cooling water and oil can be circulated, further promoting their warm-up.
- first bypass passage 34, the first bypass valve 35, the second bypass passage 7, and the second bypass valve 8 may not be omitted.
- the first bypass valve 35 and the second bypass valve 8 may be closed when it is necessary to heat the cooling water through the EGR cooler 32 and the intercooler 15 .
- the water pump 13 and the oil pump 18 may be stopped during the first and second control modes, and may be mechanical.
- the engine system according to the present disclosure is useful in that it can promote warming up of parts that require warming up.
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- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
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Abstract
エンジンシステムは、電動式ターボチャージャ14と、ターボチャージャの下流側の排気通路4に設けられた排気シャッター弁26と、ターボチャージャと排気シャッター弁の間の排気通路に一端が接続され、ターボチャージャの上流側の吸気通路3に他端が接続された低圧EGR通路5と、低圧EGR通路を開閉する低圧EGR弁6と、ターボチャージャの上流側の排気通路に一端が接続され、ターボチャージャの下流側の吸気通路に他端が接続された高圧EGR通路31と、高圧EGR通路を開閉する高圧EGR弁33と、電子制御ユニット100とを備える。電子制御ユニットは、エンジンの始動前に、排気シャッター弁を閉じ、低圧EGR弁を開き、高圧EGR弁を開き、ターボチャージャを作動させる第1の制御モードを実行する。
Description
本開示はエンジンシステムに係り、特に、内燃機関であるエンジンとその制御装置を含むエンジンシステムに関する。
エンジンには、一定以上の温度に達しないと性能を十分に発揮できなかったり、エンジンの性能に悪影響を及ぼしたりする部品(要暖機部品という)がある。例えば、触媒を含む後処理装置は、所定の活性開始温度以上にならないと、排気中の有害成分を十分に処理できない。
一般的に、こうした要暖機部品の暖機は専らエンジンの熱によって行われる。
しかしこれだと、要暖機部品が一定以上の温度に達するまで時間がかかる問題がある。
そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、要暖機部品の暖機を促進できるエンジンシステムを提供することにある。
本開示の一の態様によれば、
電動式ターボチャージャと、
前記ターボチャージャの下流側の排気通路に設けられた排気シャッター弁と、
前記ターボチャージャと前記排気シャッター弁の間の排気通路に一端が接続され、前記ターボチャージャの上流側の吸気通路に他端が接続された低圧EGR通路と、
前記低圧EGR通路を開閉する低圧EGR弁と、
前記ターボチャージャの上流側の排気通路に一端が接続され、前記ターボチャージャの下流側の吸気通路に他端が接続された高圧EGR通路と、
前記高圧EGR通路を開閉する高圧EGR弁と、
前記ターボチャージャ、前記排気シャッター弁、前記低圧EGR弁および前記高圧EGR弁を制御するように構成された電子制御ユニットと、
を備え、
前記電子制御ユニットは、エンジンの始動前に、前記排気シャッター弁を閉じ、前記低圧EGR弁を開き、前記高圧EGR弁を開き、前記ターボチャージャを作動させる第1の制御モードを実行する
ことを特徴とするエンジンシステムが提供される。
電動式ターボチャージャと、
前記ターボチャージャの下流側の排気通路に設けられた排気シャッター弁と、
前記ターボチャージャと前記排気シャッター弁の間の排気通路に一端が接続され、前記ターボチャージャの上流側の吸気通路に他端が接続された低圧EGR通路と、
前記低圧EGR通路を開閉する低圧EGR弁と、
前記ターボチャージャの上流側の排気通路に一端が接続され、前記ターボチャージャの下流側の吸気通路に他端が接続された高圧EGR通路と、
前記高圧EGR通路を開閉する高圧EGR弁と、
前記ターボチャージャ、前記排気シャッター弁、前記低圧EGR弁および前記高圧EGR弁を制御するように構成された電子制御ユニットと、
を備え、
前記電子制御ユニットは、エンジンの始動前に、前記排気シャッター弁を閉じ、前記低圧EGR弁を開き、前記高圧EGR弁を開き、前記ターボチャージャを作動させる第1の制御モードを実行する
ことを特徴とするエンジンシステムが提供される。
好ましくは、前記エンジンシステムは、前記排気シャッター弁の下流側の前記排気通路に設けられた後処理装置を備える。
好ましくは、前記エンジンシステムは、前記高圧EGR通路に設けられたEGRクーラと、前記EGRクーラをバイパスする第1バイパス通路と、前記第1バイパス通路を開閉する第1バイパス弁とを備え、
前記電子制御ユニットは、前記第1の制御モードを実行するときに前記第1バイパス弁を開く。
前記電子制御ユニットは、前記第1の制御モードを実行するときに前記第1バイパス弁を開く。
好ましくは、前記エンジンシステムは、前記ターボチャージャの下流側の吸気通路に設けられたインタークーラと、前記インタークーラをバイパスする第2バイパス通路と、前記第2バイパス通路を開閉する第2バイパス弁とを備え、
前記電子制御ユニットは、前記第1の制御モードを実行するときに前記第2バイパス弁を開く。
前記電子制御ユニットは、前記第1の制御モードを実行するときに前記第2バイパス弁を開く。
好ましくは、前記エンジンシステムは、前記高圧EGR通路に設けられたEGRクーラと、前記EGRクーラにエンジン冷却水を循環させる冷却水回路とを備える。
好ましくは、前記エンジンシステムは、前記ターボチャージャの下流側の吸気通路に設けられたインタークーラと、前記インタークーラにエンジン冷却水を循環させる冷却水回路とを備える。
好ましくは、前記エンジンシステムは、前記冷却水回路に設けられたオイルクーラを備える。
好ましくは、前記電子制御ユニットは、エンジンの始動前に、前記第1の制御モードを実行した後、第2の制御モードを実行し、前記第2の制御モードにおいて、前記排気シャッター弁を開き、前記低圧EGR弁を閉じ、前記高圧EGR弁を開き、前記ターボチャージャを作動させる。
本開示によれば、要暖機部品の暖機を促進できる。
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。
[第1実施形態]
図1は、本開示の第1実施形態に係るエンジンシステムの概略図である。エンジンシステムは、エンジン(内燃機関)1とその制御装置を含む。エンジン1は、車両に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関であり、具体的には直列4気筒ディーゼルエンジンである。車両はトラック等の大型車両である。但し車両および内燃機関の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジンは火花点火式内燃機関(具体的には天然ガスエンジンまたはガソリンエンジン)であってもよい。エンジンは、車両以外の移動体、例えば船舶、建設機械、または産業機械に搭載されたものであってもよい。またエンジンは、移動体に搭載されたものでなくてもよく、定置式のものであってもよい。
図1は、本開示の第1実施形態に係るエンジンシステムの概略図である。エンジンシステムは、エンジン(内燃機関)1とその制御装置を含む。エンジン1は、車両に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関であり、具体的には直列4気筒ディーゼルエンジンである。車両はトラック等の大型車両である。但し車両および内燃機関の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジンは火花点火式内燃機関(具体的には天然ガスエンジンまたはガソリンエンジン)であってもよい。エンジンは、車両以外の移動体、例えば船舶、建設機械、または産業機械に搭載されたものであってもよい。またエンジンは、移動体に搭載されたものでなくてもよく、定置式のものであってもよい。
エンジン1は、エンジン本体2と、エンジン本体2に接続された吸気通路3および排気通路4とを備える。エンジン本体2は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造部品と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、バルブ等の可動部品とを含む。
吸気通路3は、エンジン本体2(特にシリンダヘッド)に接続された吸気マニホールド10と、吸気マニホールド10の上流端に接続された吸気管11とにより主に画成される。吸気管11には、上流側から順に、エアクリーナ12、ターボチャージャ14のコンプレッサ14C、インタークーラ15が設けられる。
排気通路4は、エンジン本体2(特にシリンダヘッド)に接続された排気マニホールド20と、排気マニホールド20の下流側に配置された排気管21とにより主に画成される。排気管21、もしくは排気マニホールド20と排気管21の間には、ターボチャージャ14のタービン14Tが設けられる。タービン14Tより下流側の排気管21には、上流側から順に、フィルタ23、排気シャッター弁26、尿素水噴射弁25、および選択還元型NOx触媒24が設けられる。
フィルタ23は、所謂連続再生式の触媒付きパティキュレートフィルタからなり、排気中に含まれる粒子状物質(PM: Particulate Matter)を捕集すると共に、捕集したPMを連続的に燃焼除去する。選択還元型NOx触媒(所謂SCR(Selective Catalytic Reduction)触媒)24は、尿素水噴射弁25から噴射された尿素水に由来するアンモニアを還元剤として排気中のNOxを還元除去する。
これらフィルタ23とNOx触媒24は、排気後処理を実行する後処理装置である。また本実施形態では、NOx触媒24が、暖機促進対象としての要暖機部品をなす。周知のように、NOx触媒24は、所定の活性開始温度以上にならないとNOxを十分に除去できない。従ってできるだけ早急にその温度を活性開始温度以上まで上昇させ、暖機を促進する必要がある。
ターボチャージャ14は電動式であり、これを駆動するための電気モータ14Mを備える。本実施形態では、コンプレッサ14Cとタービン14Tを連結するタービン軸を電気モータ14Mが駆動するようになっている。
またエンジン1は、低圧EGR通路5を備える。低圧EGR通路5の一端は、ターボチャージャ14と排気シャッター弁26の間(本実施形態ではフィルタ23と排気シャッター弁26の間)の排気通路4に接続されている。低圧EGR通路5の他端は、ターボチャージャ14の上流側かつエアクリーナ12の下流側の吸気通路3に接続されている。低圧EGR通路5には、低圧EGR通路5を開閉する低圧EGR弁6が設けられている。なおEGRとは排気再循環(Exhaust Gas Recirculation)の略称である。低圧EGR弁6は単に開閉する二方電磁弁で構成されている。
エンジン1は、高圧EGR通路31も備える。高圧EGR通路31の一端は、ターボチャージャ14の上流側の排気通路4(本実施形態では排気マニホールド20)に接続されている。高圧EGR通路31の他端は、ターボチャージャ14の下流側の吸気通路3(本実施形態では吸気マニホールド10)に接続されている。高圧EGR通路31には、EGRガス流れ方向上流側から順に、EGRクーラ32と、高圧EGR通路31を開閉する高圧EGR弁33とが設けられている。高圧EGR弁33は単に開閉する二方電磁弁で構成されている。
エンジン1は、EGRクーラ32をバイパスする第1バイパス通路34と、第1バイパス通路34を開閉する第1バイパス弁35とを備える。第1バイパス通路34の一端は、高圧EGR弁33とEGRクーラ32の間の高圧EGR通路31に接続されている。第1バイパス通路34の他端は、EGRクーラ32の下流側の高圧EGR通路31に接続されている。第1バイパス弁35は、第1バイパス通路34の一端と高圧EGR通路31の接続位置に設置された三方電磁弁により構成される。本実施形態のEGRクーラ32は空冷式であるが、水冷式であってもよい。
第1バイパス弁35が閉のとき、そのEGRガス流れ方向上流側と下流側の高圧EGR通路31が連通され、第1バイパス通路34が閉じられる。第1バイパス弁35が開のとき、その下流側の高圧EGR通路31と第1バイパス通路34が連通され、その上流側の高圧EGR通路31が閉じられる。
なお第1バイパス弁35は変形可能である。例えば、第1バイパス通路34の他端と高圧EGR通路31の接続位置に設置された三方電磁弁により第1バイパス弁35を構成してもよい。第1バイパス通路34に設けられ単に開閉する二方電磁弁により第1バイパス弁35を構成してもよい。
エンジン1は、インタークーラ15をバイパスする第2バイパス通路7と、第2バイパス通路7を開閉する第2バイパス弁8とを備える。第2バイパス通路7の一端は、ターボチャージャ14とインタークーラ15の間の吸気通路3に接続されている。第2バイパス通路7の他端は、インタークーラ15の下流側で、かつ、高圧EGR通路31の一端の接続位置より上流側の吸気通路3に接続されている。第2バイパス弁8は、第2バイパス通路7の他端と吸気通路3の接続位置に設置された三方電磁弁により構成される。本実施形態のインタークーラ15は空冷式であるが、水冷式であってもよい。
第2バイパス弁8が閉のとき、その上流側と下流側の吸気通路3が連通され、第2バイパス通路7が閉じられる。第2バイパス弁8が開のとき、その下流側の吸気通路3と第2バイパス通路7が連通され、その上流側の吸気通路3が閉じられる。
なお第2バイパス弁8は変形可能である。例えば、第2バイパス通路7の一端と吸気通路3の接続位置に設置された三方電磁弁により第2バイパス弁8を構成してもよい。第2バイパス通路7に設けられ単に開閉する二方電磁弁により第2バイパス弁8を構成してもよい。
エンジンシステムは、制御装置を構成する電子制御ユニット(ECU(Electronic Control Unit)という)100を備える。ECU100は、エンジン1を制御するように構成され、特にターボチャージャ14のモータ14M、排気シャッター弁26、低圧EGR弁6および高圧EGR弁33を制御するように構成されている。またECU100は、第1バイパス弁35および第2バイパス弁8を制御するように構成されている。
次に、本実施形態の制御を説明する。
ECU100は、エンジン1の始動前に、上記の各デバイスを以下のように制御する第1の制御モードを実行する。
図2に示すように、第1の制御モードを実行するとき、ECU100は、排気シャッター弁26を閉じ、低圧EGR弁6を開き、高圧EGR弁33を開き、モータ14Mを駆動してターボチャージャ14を作動させる。またECU100は、第1バイパス弁35を開き、第2バイパス弁8を開く。
すると図中矢示するように、コンプレッサ14Cは、主に低圧EGR通路5から送られてきた空気を吸引して圧縮し、インタークーラ15に向けて吐出する。第2バイパス弁8が開なので、空気はインタークーラ15をバイパスして第2バイパス通路7を流れ、吸気通路3を経由して高圧EGR通路31に流入する。
流入した空気は、第1バイパス弁35が開なので、EGRクーラ32をバイパスして第1バイパス通路34を流れ、排気通路4に流入する。
その後空気は、タービン14Tによってフィルタ23に送られ、フィルタ23を通過する。低圧EGR弁6が開なので、空気はフィルタ23の下流側の排気通路4から低圧EGR通路5に流入し、低圧EGR通路5を流れた後、コンプレッサ14Cの上流側の吸気通路3に戻される。
こうした循環流がターボチャージャ14の作動により生成される。コンプレッサ14Cの圧縮仕事と、モータ14Mの発熱とにより、循環する空気の温度を上昇させることができる。これにより、エンジン1の温度を上昇させ、エンジン1の暖機を行うことができる。つまりエンジン1の始動前に、エンジン1を予熱することができる。
この後、エンジン1が始動されると、エンジン1は通常制御に従って通常通り作動される。このとき、エンジン1の排気温が、第1の制御モードを実行しないときに比べ、上昇していることから、NOx触媒24をより短時間で、活性開始温度以上まで温度上昇させることができる。これにより、NOx触媒24の暖機を促進し、エンジン始動後のNOx排出量を抑制することができる。
また、別の要暖機部品であるエンジンオイルも、エンジン始動後により短時間で、所定温度以上まで温度上昇させることができる。これにより、エンジンオイルの暖機を促進し、エンジン始動後におけるエンジン摺動部の摩擦を低減し、エンジンの燃費を向上することができる。
また、別の要暖機部品であるエンジン冷却水もエンジン始動後により短時間で温度上昇させることができる。
本実施形態では、第1の制御モードを実行するときに第1バイパス弁35を開くので、循環空気がEGRクーラ32を流れて温度低下するのを好適に抑制できる。
また本実施形態では、第1の制御モードを実行するときに第2バイパス弁8を開くので、循環空気がインタークーラ15を流れて温度低下するのを好適に抑制できる。
なお、エンジン始動後の通常制御時には、ECU100は、通常のエンジンシステムと同様の方法で、各デバイスをエンジン運転状態(回転数、負荷、水温等)に基づいて制御する。例えばECU100は、排気シャッター弁26を開き、低圧EGR弁6および高圧EGR弁33をエンジン運転状態に応じた開度に制御し、モータ14Mをエンジン運転状態に応じた回転数に制御する。またECU100は、第1バイパス弁35および第2バイパス弁8を閉じ、第1バイパス通路34および第2バイパス通路7に吸排気が流れないようにする。
排気シャッター弁26は、本来排気ブレーキ等に使用されるものあり、閉のときであっても少量の排気の通過を許容する。しかしながら、第1の制御モードと後述の第2の制御モードとの実行時に限っては、閉のときに空気の通過を完全に遮断するものであってもよい。
次に、本実施形態の変形例を説明する。なお前記基本実施形態と同様の部分については説明を割愛し、以下、基本実施形態との相違点を主に説明する。
本変形例のECU100は、エンジンの始動前に、前記第1の制御モードを実行した後、第2の制御モードを実行する。好ましくは、ECU100は、第1の制御モードの実行後に連続して、エンジンの始動直前に第2の制御モードを実行する。
図3に示すように、第2の制御モードにおいて、ECU100は、排気シャッター弁26を開き、低圧EGR弁6を閉じる。他の弁については第1の制御モードのときと同じように制御する。
すると図中矢示するように、コンプレッサ14Cは、その上流側の吸気通路3から送られてきた新規の空気を吸引して圧縮、吐出するようになる。またタービン14Tから排出された空気は、フィルタ23を通過した後、低圧EGR通路5に流入することなく、排気シャッター弁26を経てNOx触媒24に供給される。
こうすると、コンプレッサ14Cの圧縮仕事と、モータ14Mの発熱と、主にエンジン本体2の熱とにより暖められた空気をNOx触媒24に供給し、NOx触媒24をエンジン始動前に予熱することができる。そしてエンジン始動後に、第2の制御モードを実行しないときに比べ、NOx触媒24をより短時間で、活性開始温度以上まで温度上昇させることができ、NOx触媒24の暖機を促進し、エンジン始動後のNOx排出量を抑制することができる。
[第2実施形態]
次に、本開示の第2実施形態を説明する。なお前記第1実施形態と同様の部分については説明を割愛し、以下、第1実施形態との相違点を主に説明する。
次に、本開示の第2実施形態を説明する。なお前記第1実施形態と同様の部分については説明を割愛し、以下、第1実施形態との相違点を主に説明する。
図4に示すように、本実施形態では、前述の第1バイパス通路34、第1バイパス弁35、第2バイパス通路7および第2バイパス弁8が省略されている。EGRクーラ32およびインタークーラ15は、エンジン冷却水によって冷却される水冷式とされる。エンジン1は、エンジン本体2、EGRクーラ32およびインタークーラ15にエンジン冷却水を循環させる冷却水回路9を備える。冷却水回路9には電動式のウォータポンプ13が設けられる。なおエンジン本体2につながる水路は略示する。
一方、エンジン1は、エンジン本体2およびオイルクーラ16にエンジンオイルを循環させるオイル回路17を備える。オイル回路17には電動式のオイルポンプ18が設けられる。なおエンジン本体2につながる油路は略示する。オイルクーラ16は水冷式であるため冷却水回路9にも設けられる。
この構成によれば、第1の制御モードが実行されたとき、コンプレッサ14Cの圧縮仕事とモータ14Mの発熱とにより加熱された空気を用いて、冷却水、ひいてはオイルを加熱することができる。すなわち、EGRクーラ32およびインタークーラ15の内部で、空気の熱を冷却水に伝達すると共に、エンジン本体2の熱を冷却水に伝達することで、冷却水の温度を上昇させることができる。また、オイルクーラ16の内部で、温度上昇した冷却水の熱をオイルに伝達すると共に、エンジン本体2の熱をオイルに伝達することで、オイルの温度を上昇させることができる。
これにより、エンジン1の始動前に、要暖機部品である冷却水およびオイルを予熱することができ、それらの暖機をさらに促進できる。
このとき、エンジン1は始動されてないが、ウォータポンプ13とオイルポンプ18を作動させる(オンする)ことで、冷却水およびオイルを循環させることができ、これらの暖機をさらに促進できる。
本実施形態においても、第1実施形態の変形例のように、第2の制御モードを併せて行うことが可能である。
また本実施形態において、第1バイパス通路34、第1バイパス弁35、第2バイパス通路7および第2バイパス弁8は省略しなくてもよい。この場合、EGRクーラ32およびインタークーラ15を通じた冷却水の加熱が必要な場合に第1バイパス弁35および第2バイパス弁8を閉じればよい。
ウォータポンプ13とオイルポンプ18は、第1および第2の制御モードのときに停止されてもよく、機械式であってもよい。
以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態および変形例は他にも様々考えられる。
前述の各実施形態および各変形例の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
本出願は、2021年3月17日付で出願された日本国特許出願(特願2021-043821)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本開示に係るエンジンシステムによれば、要暖機部品の暖機を促進することができルという点で有用である。
1 エンジン
4 排気通路
5 低圧EGR通路
6 低圧EGR弁
7 第2バイパス通路
8 第2バイパス弁
9 冷却水回路
14 ターボチャージャ
15 インタークーラ
16 オイルクーラ
24 NOx触媒
26 排気シャッター弁
31 高圧EGR通路
32 EGRクーラ
33 高圧EGR弁
34 第1バイパス通路
35 第1バイパス弁
100 電子制御ユニット(ECU)
4 排気通路
5 低圧EGR通路
6 低圧EGR弁
7 第2バイパス通路
8 第2バイパス弁
9 冷却水回路
14 ターボチャージャ
15 インタークーラ
16 オイルクーラ
24 NOx触媒
26 排気シャッター弁
31 高圧EGR通路
32 EGRクーラ
33 高圧EGR弁
34 第1バイパス通路
35 第1バイパス弁
100 電子制御ユニット(ECU)
Claims (8)
- 電動式ターボチャージャと、
前記ターボチャージャの下流側の排気通路に設けられた排気シャッター弁と、
前記ターボチャージャと前記排気シャッター弁の間の排気通路に一端が接続され、前記ターボチャージャの上流側の吸気通路に他端が接続された低圧EGR通路と、
前記低圧EGR通路を開閉する低圧EGR弁と、
前記ターボチャージャの上流側の排気通路に一端が接続され、前記ターボチャージャの下流側の吸気通路に他端が接続された高圧EGR通路と、
前記高圧EGR通路を開閉する高圧EGR弁と、
前記ターボチャージャ、前記排気シャッター弁、前記低圧EGR弁および前記高圧EGR弁を制御するように構成された電子制御ユニットと、
を備え、
前記電子制御ユニットは、エンジンの始動前に、前記排気シャッター弁を閉じ、前記低圧EGR弁を開き、前記高圧EGR弁を開き、前記ターボチャージャを作動させる第1の制御モードを実行する
ことを特徴とするエンジンシステム。 - 前記排気シャッター弁の下流側の前記排気通路に設けられた後処理装置を備える
請求項1に記載のエンジンシステム。 - 前記高圧EGR通路に設けられたEGRクーラと、前記EGRクーラをバイパスする第1バイパス通路と、前記第1バイパス通路を開閉する第1バイパス弁とを備え、
前記電子制御ユニットは、前記第1の制御モードを実行するときに前記第1バイパス弁を開く
請求項1または2に記載のエンジンシステム。 - 前記ターボチャージャの下流側の吸気通路に設けられたインタークーラと、前記インタークーラをバイパスする第2バイパス通路と、前記第2バイパス通路を開閉する第2バイパス弁とを備え、
前記電子制御ユニットは、前記第1の制御モードを実行するときに前記第2バイパス弁を開く
請求項1~3の何れか一項に記載のエンジンシステム。 - 前記高圧EGR通路に設けられたEGRクーラと、前記EGRクーラにエンジン冷却水を循環させる冷却水回路とを備える
請求項1~4の何れか一項に記載のエンジンシステム。 - 前記ターボチャージャの下流側の吸気通路に設けられたインタークーラと、前記インタークーラにエンジン冷却水を循環させる冷却水回路とを備える
請求項1~5の何れか一項に記載のエンジンシステム。 - 前記冷却水回路に設けられたオイルクーラを備える
請求項5または6に記載のエンジンシステム。 - 前記電子制御ユニットは、エンジンの始動前に、前記第1の制御モードを実行した後、第2の制御モードを実行し、前記第2の制御モードにおいて、前記排気シャッター弁を開き、前記低圧EGR弁を閉じ、前記高圧EGR弁を開き、前記ターボチャージャを作動させる
請求項1~7の何れか一項に記載のエンジンシステム。
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