JP2021113540A - Engine system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、エンジンシステムに関し、特に、排気ガス再循環装置とNOx(窒素酸化物)を浄化するNOx触媒を有する後処理装置とを備えたエンジンシステムに関する。 The present disclosure relates to an engine system, and more particularly to an engine system including an exhaust gas recirculation device and an aftertreatment device having a NOx catalyst for purifying NOx (nitrogen oxides).
従来、エンジンの排気ガスの少なくとも一部を吸気系へ還流させてNOxを低減させる排気ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation:以下、EGR)装置が知られている。EGR装置としては、過給機のタービン上流側の排気系から過給機のコンプレッサ下流側の吸気系へEGRガスを再循環させる高圧EGR装置と、過給機のタービン下流側の排気系から過給機のコンプレッサ上流側の吸気系へEGRガスを再循環させる低圧EGR装置とが知られている。 Conventionally, an exhaust gas recirculation (EGR) device has been known in which at least a part of the exhaust gas of an engine is returned to an intake system to reduce NOx. The EGR device includes a high-pressure EGR device that recirculates EGR gas from the exhaust system on the upstream side of the turbocharger's turbine to the intake system on the downstream side of the compressor of the turbocharger, and an exhaust system on the downstream side of the turbocharger's turbine. A low-pressure EGR device that recirculates EGR gas to the intake system on the upstream side of the compressor of the turbocharger is known.
低圧EGR装置では、EGRガスに含まれる水分がEGRクーラ等で凝縮されることにより腐食性の凝縮水が生成されることがある。そして、生成された凝縮水が、EGRクーラやEGR通路等を侵食する場合がある。例えば、特許文献1には排気通路のEGR通路との分岐部よりも上流側にヒータを設け、該ヒータで加熱した排気をEGR通路に還流させることにより、EGRクーラ等に結露した凝縮水を除去する技術が開示されている。 In the low-pressure EGR apparatus, corrosive condensed water may be generated by condensing the water contained in the EGR gas with an EGR cooler or the like. Then, the generated condensed water may erode the EGR cooler, the EGR passage, and the like. For example, in Patent Document 1, a heater is provided on the upstream side of the branch portion of the exhaust passage with the EGR passage, and the exhaust heated by the heater is returned to the EGR passage to remove condensed water condensing on the EGR cooler or the like. The technology to be used is disclosed.
ところで、凝縮水によるEGR通路等の腐食を防ぐには、エンジンの始動からヒータを作動させ、EGRガスの温度を露点温度よりも高くし、凝縮水の発生を未然に防止する凝縮水発生防止制御を行うことが望ましい。また、NOx排出量を低減するには、エンジンの始動からヒータを作動させ、NOx触媒の触媒温度を早期に活性温度域まで上昇させる触媒昇温制御を行うことが望ましい。 By the way, in order to prevent corrosion of the EGR passage and the like due to condensed water, the heater is operated from the start of the engine to raise the temperature of the EGR gas higher than the dew point temperature to prevent the generation of condensed water. It is desirable to do. Further, in order to reduce the NOx emission amount, it is desirable to operate the heater from the start of the engine to control the catalyst temperature rise to raise the catalyst temperature of the NOx catalyst to the active temperature range at an early stage.
上記文献1記載の技術では、ヒータが排気通路とEGR通路との分岐部よりも上流側に設けられている。このため、凝縮水発生防止制御と触媒昇温制御とを並行して行うと、ヒータの熱がEGR通路と排気通路とにそれぞれ分散することで、これら制御の効率的な両立を図れない可能性がある。一方、EGR通路を閉塞して、NOx触媒の昇温を優先すると、触媒温度が活性温度に達するまでEGR装置を作動させることができず、排気エミッション性能の悪化を招く可能性もある。 In the technique described in Document 1, the heater is provided on the upstream side of the branch portion between the exhaust passage and the EGR passage. For this reason, if the condensate water generation prevention control and the catalyst temperature rise control are performed in parallel, the heat of the heater is dispersed in the EGR passage and the exhaust passage, respectively, and there is a possibility that these controls cannot be efficiently compatible with each other. There is. On the other hand, if the EGR passage is blocked and the temperature rise of the NOx catalyst is prioritized, the EGR device cannot be operated until the catalyst temperature reaches the active temperature, which may lead to deterioration of the exhaust emission performance.
本開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、EGR装置における凝縮水の発生防止と、後処理装置におけるNOx触媒活性の悪化防止との両立を図ることを目的とする。 The technique of the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to achieve both prevention of generation of condensed water in an EGR apparatus and prevention of deterioration of NOx catalytic activity in an aftertreatment apparatus.
本開示の技術は、エンジンに導入する吸気を流通させる吸気通路と、前記エンジンから排出される排気を流通させる排気通路と、前記排気通路に設けられており、排気中のNOxを浄化するNOx触媒と、前記NOx触媒よりも上流側の前記排気通路から分岐して前記吸気通路に合流する排気再循環通路と、該排気再循環通路に設けられるクーラとを有する排気再循環装置と、前記排気通路の前記排気再循環通路との分岐部よりも下流側、かつ、前記NOx触媒よりも上流側に設けられる第1ヒータと、前記排気再循環通路の前記クーラよりも上流側に設けられる第2ヒータと、前記NOx触媒の温度を取得するNOx触媒温度取得部と、前記排気再循環通路を流通する排気再循環ガスの状態量を取得する排気再循環ガス状態量取得部と、取得される前記NOx触媒の温度が前記NOx触媒の所定の活性温度未満の場合に、前記第1ヒータを昇温させることにより、前記NOx触媒の温度を前記活性温度まで上昇させる触媒昇温制御を実施する触媒昇温制御部と、取得される前記状態量に基づいて前記排気再循環ガスの温度が露点温度未満であると推定される場合に、前記第2ヒータを昇温させることにより、前記排気再循環ガスの温度を前記露点温度まで上昇させる凝縮水発生防止制御を実施する凝縮水発生防止制御部と、を備えることを特徴とする。 The technique of the present disclosure is provided in an intake passage that circulates the intake air to be introduced into the engine, an exhaust passage that circulates the exhaust gas discharged from the engine, and a NOx catalyst that purifies the NOx in the exhaust. An exhaust recirculation device having an exhaust recirculation passage that branches off from the exhaust passage on the upstream side of the NOx catalyst and joins the intake passage, and a cooler provided in the exhaust recirculation passage, and the exhaust passage. A first heater provided on the downstream side of the branch portion of the exhaust gas recirculation passage and on the upstream side of the NOx catalyst, and a second heater provided on the upstream side of the exhaust gas recirculation passage with the cooler. The NOx catalyst temperature acquisition unit that acquires the temperature of the NOx catalyst, the exhaust gas recirculation gas state amount acquisition unit that acquires the state amount of the exhaust gas recirculation gas flowing through the exhaust gas recirculation passage, and the NOx acquired. When the temperature of the catalyst is lower than the predetermined active temperature of the NOx catalyst, the temperature of the NOx catalyst is raised to the active temperature by raising the temperature of the first heater. When the temperature of the exhaust gas recirculation gas is estimated to be lower than the dew point temperature based on the control unit and the acquired state amount, the second heater is raised to raise the temperature of the exhaust gas recirculation gas. It is characterized by including a condensed water generation prevention control unit that implements a condensed water generation prevention control that raises the temperature to the dew point temperature.
また、取得される前記NOx触媒の温度が前記活性温度未満であり、かつ、取得される前記状態量に基づいて前記排気再循環ガスの温度が前記露点温度未満であると推定される場合に、前記触媒昇温制御と前記凝縮水発生防止制御とが並行して実施されることが好ましい。 Further, when the acquired temperature of the NOx catalyst is lower than the active temperature and the temperature of the exhaust gas recirculation gas is estimated to be lower than the dew point temperature based on the acquired state quantity. It is preferable that the catalyst temperature rise control and the condensed water generation prevention control are performed in parallel.
また、前記排気通路に設けられており、排気中の未燃燃料を酸化する酸化触媒と、前記排気通路の前記酸化触媒よりも下流側に設けられており、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路の前記フィルタよりも上流側に設けられる第3ヒータと、前記未燃燃料を前記酸化触媒に供給すると共に、前記第3ヒータを昇温させることにより、前記フィルタに堆積した前記粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生制御を実施するフィルタ再生制御部と、をさらに備えることが好ましい。 Further, an oxidation catalyst provided in the exhaust passage to oxidize unburned fuel in the exhaust and a particulate matter provided in the exhaust passage downstream of the oxidation catalyst to collect particulate matter in the exhaust. The filter, the third heater provided on the upstream side of the exhaust passage with respect to the filter, and the unburned fuel are supplied to the oxidation catalyst, and the temperature of the third heater is raised to deposit on the filter. It is preferable to further include a filter regeneration control unit that performs filter regeneration control for burning and removing the particulate matter.
また、前記排気通路に設けられており、排気により駆動するタービンと、前記吸気通路に設けられており、前記タービンに一体回転可能に連結されたコンプレッサとを有する過給機をさらに備え、前記排気再循環装置は、前記タービンよりも下流側の前記排気通路から分岐して、前記コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路に合流する低圧排気再循環装置であることが好ましい。 Further, a supercharger having a turbine provided in the exhaust passage and driven by exhaust and a compressor provided in the intake passage and integrally rotatably connected to the turbine is further provided, and the exhaust is provided. The recirculation device is preferably a low-pressure exhaust recirculation device that branches from the exhaust passage on the downstream side of the turbine and joins the intake passage on the upstream side of the compressor.
本開示の技術によれば、EGR装置における凝縮水の発生防止と、後処理装置におけるNOx触媒活性の悪化防止との両立を図ることができる。 According to the technique of the present disclosure, it is possible to achieve both prevention of generation of condensed water in the EGR apparatus and prevention of deterioration of NOx catalytic activity in the aftertreatment apparatus.
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を説明する。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。 Hereinafter, the engine system according to the present embodiment will be described based on the attached drawings. The same parts have the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed explanations about them will not be repeated.
図1は、本実施形態に係るエンジンシステムの吸気系および排気系を示す模式的な全体構成図である。 FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram showing an intake system and an exhaust system of the engine system according to the present embodiment.
エンジン10は、主としてシリンダヘッドCH及び、何れも不図示のシリンダブロックやクランクケース等で構成されたエンジン本体部を有する。シリンダブロックには、複数の気筒Cが設けられており、各気筒Cには、図示しないピストンが往復移動自在に収容されている。ピストンは、不図示のコネクティングロッドやクランクアーム等を介してクランクシャフト11に連結されており、ピストンの往復運動が回転運動に変換されてクランクシャフト11に伝達されるようになっている。
The
なお、エンジン10は、図示例の直列多気筒エンジンに限定されず、V型エンジン或は水平対向型エンジン等であってもよい。また、エンジン10は、多気筒エンジンに限定されず、単気筒エンジンであってもよい。
The
クランクシャフト11には、駆動プーリ12が設けられている。駆動プーリ12には、ベルト13及び、従動プーリ14を介してオルタネータ15が接続されている。オルタネータ15により発電される電力は、充電状態(SOC:State of Charge)に応じて車載バッテリ16に蓄電されたり、或いは、不図示の電装品に供給されたりする。車載バッテリ16の定格電圧は、24V又は12Vの何れであってもよい。
The
シリンダヘッドCHの吸気側の側部には、不図示の吸気ポートに吸気を分配する吸気マニホールド20が設けられている。吸気マニホールド20には、吸気上流側から順に、エアクリーナ21、上流吸気通路22、過給機40のコンプレッサ42、下流吸気通路23等が接続されている。下流吸気通路23には、コンプレッサ42により圧送される吸気を冷却するインタークーラ24が設けられている。インタークーラ24は、水冷式又は空冷式の何れであってもよい。
An
シリンダヘッドCHの排気側の側部には、各気筒Cから不図示の排気ポートを介して排出される排気を集合させる排気マニホールド30が設けられている。排気マニホールド30には、排気上流側から順に、上流排気通路31、過給機40のタービン41、第1接続排気通路32、前段後処理装置60、第2接続排気通路33、後段後処理装置70、下流排気通路34等が接続されている。第2接続排気通路33には、排気流量を調整可能な排気バルブ35が設けられている。下流排気通路34には、何れも不図示の消音器やテールパイプ等が設けられている。なお、過給機40のタービンハウジングを排気マニホールド30に直接接続する場合には、上流排気通路31を省略してもよい。排気バルブ35の開閉作動は、制御装置100からの指令に応じて制御される。
An
過給機40は、排気により駆動するタービン41と、タービン41にターボ軸43で一体回転可能に連結されたコンプレッサ42とを備えている。なお、過給機40は、図示例のコンベンショナルタイプに限定されず、可変翼を備える可変容量型タイプであってもよい。
The
排気マニホールド30と前段後処理装置60との間の排気系には、ウェイストゲート機構45が設けられている。ウェイストゲート機構45は、タービン41の上流側と下流側とを連通するバイパス通路46と、バイパス通路46に設けられたウェイストゲートバルブ47と、ウェイストゲートバルブ47をブースト圧によって作動させるアクチュエータ48とを備えている。
A
高圧EGR装置50は、高圧EGR通路51と、EGRガス量を調整可能な高圧EGRバルブ52と、EGRガスを冷却する高圧EGRクーラ53とを備えている。高圧EGR通路51は、排気マニホールド30(又は、上流排気通路31)から分岐して、インタークーラ24よりも下流側の下流吸気通路23に合流する。高圧EGRクーラ53は、水冷式又は空冷式の何れであってもよい。高圧EGRバルブ52の開閉作動は、制御装置100からの指令に応じて制御される。
The high-
低圧EGR装置55(本開示の排気再循環装置の一例)は、低圧EGR通路56と、EGRガス量を調整可能な低圧EGRバルブ57と、EGRガスを冷却する低圧EGRクーラ58と、EGRガスを昇温するEGRヒータ59とを備えている。
The low-pressure EGR device 55 (an example of the exhaust gas recirculation device of the present disclosure) comprises a low-
低圧EGR通路56(本開示の排気再循環通路の一例)は、第2接続排気通路33から分岐して、上流吸気通路22に合流する。低圧EGRクーラ58(本開示のクーラの一例)は、水冷式又は空冷式の何れであってもよい。
The low-pressure EGR passage 56 (an example of the exhaust gas recirculation passage of the present disclosure) branches from the second
EGRヒータ59(本開示の第2ヒータの一例)は、低圧EGRクーラ58よりも上流側(第2接続排気通路33側)の低圧EGR通路56に設けられている。EGRヒータ59は、通電されることで、低圧EGR通路56を流れるEGRガスを昇温可能な電気ヒータであって、制御装置100からの指令に応じて通電が制御される。低圧EGRバルブ57の開閉作動は、制御装置100からの指令に応じて制御される。
The EGR heater 59 (an example of the second heater of the present disclosure) is provided in the low
前段後処理装置60は、排気上流側から順に、酸化触媒62、前段後処理ヒータ63及び、フィルタ64を有する。
The pre-stage
酸化触媒62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の表面に触媒成分等を担持して形成されており、排気中に含まれるHCやCOを酸化する。酸化触媒62は、エンジン10の不図示の筒内インジェクタによるポスト噴射や、不図示の排気管インジェクタの排気管噴射によって未燃燃料(HC)が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
The
前段後処理ヒータ63(本開示の第3ヒータの一例)は、通電されることでフィルタ64に流入する排気を昇温可能な電気ヒータであって、制御装置100からの指令に応じて通電が制御される。
The pre-stage post-processing heater 63 (an example of the third heater of the present disclosure) is an electric heater capable of raising the temperature of the exhaust gas flowing into the
フィルタ64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64は、排気中の粒子状物質(Particulate Matter:以下、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。なお、フィルタ再生は、前回のフィルタ再生実施からの累積走行距離が所定の閾値距離に達した場合等、所定のインターバル毎に実施してもよい。
The
後段後処理装置70は、排気上流側から順に、尿素水噴射装置71、後段後処理ヒータ77、選択還元型触媒(Selective Catalytic Reduction:以下、SCR触媒)78及び、アンモニアスリップ触媒79を有する。
The post-stage
尿素水噴射装置71は、尿素水を貯留する尿素水タンク72と、尿素水タンク72内の尿素水に浸漬されて異物を除去するストレーナ73と、ストレーナ73に接続された供給配管74と、供給配管74に設けられて尿素水タンク72から尿素水を汲み上げる尿素水ポンプ75と、供給配管74から供給される尿素水を第2接続排気通路33内に噴射する尿素水インジェクタ76とを備えている。
The urea water injection device 71 supplies the
尿素水インジェクタ76から噴射された尿素水は、排気熱や排気中の水蒸気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78に還元剤として供給される。
The urea water injected from the
後段後処理ヒータ77(本開示の第1ヒータの一例)は、通電されることで、SCR触媒78に流入する排気を昇温可能な電気ヒータであって、制御装置100からの指令に応じて通電が制御される。
The post-stage post-treatment heater 77 (an example of the first heater of the present disclosure) is an electric heater capable of raising the temperature of the exhaust gas flowing into the
SCR触媒78(本開示のNOx触媒の一例)は、例えば多孔質のセラミック製担体にゼオライト等を担持して形成されている。SCR触媒78は、尿素水インジェクタ76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中からNOxを選択的に還元浄化する。
The SCR catalyst 78 (an example of the NOx catalyst of the present disclosure) is formed by supporting zeolite or the like on, for example, a porous ceramic carrier. The
アンモニアスリップ触媒79は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体の表面に酸化触媒成分等を担持して形成されており、SCR触媒78から下流側にスリップしたアンモニアを分解(酸化)する機能を有している。
The
吸入空気流量センサ(Mass flow sensor:以下、MAFセンサ)91は、エアクリーナ21から上流吸気通路22に導入される吸入空気流量qを取得する。外気温センサ92は外気の温度を取得する。ブースト圧センサ93は、コンプレッサ42により圧送される吸気の圧力(ブースト圧)を取得する。第1排気温度センサ94は、フィルタ64の直下流に設けられており、フィルタ64を通過した排気の温度(以下、単にフィルタ温度という)を取得する。なお、第1排気温度センサ94は、酸化触媒62の直下流に設けてもよい。差圧センサ95は、フィルタ64の上下流に設けられており、フィルタ64の前後差圧Pを取得する。第2排気温度センサ96はSCR触媒78の直下流に設けられており、SCR触媒78を流れた排気の温度(SCR触媒出口温度)を取得する。EGR温度センサ97は、低圧EGR通路56に設けられており、低圧EGRクーラ58に流入するEGRガス温度TEGRを取得する。EGR湿度センサ98は、低圧EGR通路56に設けられており、低圧EGRクーラ58に流入するEGRガス湿度HEGRを取得する。これら各センサ91〜98のセンサ値は、電気的に接続された制御装置100に送信される。
The intake air flow sensor (hereinafter referred to as MAF sensor) 91 acquires the intake air flow rate q introduced from the
なお、センサの配置や個数は、図示例に限定されず、排気温度センサをSCR触媒78の入口側にさらに備えてもよい。
The arrangement and number of sensors are not limited to the illustrated examples, and an exhaust temperature sensor may be further provided on the inlet side of the
図2は、本実施形態に係る制御装置100及び関連する周辺構成を示す模式的な機能ブロック図である。
FIG. 2 is a schematic functional block diagram showing the
制御装置100は、例えば、コンピュータ等の演算を行う装置であり、互にバス等で接続された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、制御プログラムを実行する。
The
また、制御装置100は、制御プログラムの実行により、SCR触媒温度推定部110、EGRガス露点温度推定部120、触媒昇温制御部130、凝縮水発生防止制御部140及び、フィルタ再生制御部150を備える装置として機能する。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制御装置100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。
Further, the
SCR触媒温度推定部110(本開示のNOx触媒温度取得部の一例)は、第2排気温度センサ96から送信されるSCR触媒出口温度に基づいて、SCR触媒78の内部温度に相当するSCR触媒温度TSCRを推定する。なお、SCR触媒温度TSCRは、SCR触媒78の入口側にも温度センサを備えていれば、SCR触媒78の入口温度と出口温度とに基づいて推定してもよい。また、SCR触媒温度TSCRは、不図示のエンジン回転数センサやアクセル開度センサ、MAFセンサ91等により取得されるエンジン10の運転状態に基づいて推定してもよい。SCR触媒温度推定部110により推定されるSCR触媒温度TSCRは、触媒昇温制御部130に送信される。
The SCR catalyst temperature estimation unit 110 (an example of the NOx catalyst temperature acquisition unit of the present disclosure) has an SCR catalyst temperature corresponding to the internal temperature of the
EGRガス露点温度推定部120(本開示の排気再循環ガス状態量取得部の一例)は、EGR温度センサ97から送信されるEGRガス温度TEGRとEGR湿度センサ98から送信されるEGRガス湿度HEGRとに基づいて、低圧EGRクーラ58に流入するEGRガスの露点温度TDEWを推定する。なお、露点温度TDEWは、エンジン回転数やアクセル開度、EGR流量等に応じたエンジン10の運転状態及び、外気温等に基づいて推定してもよい。EGR流量は、吸入空気流量q及びEGR率(制御装置100からの指令値)に基づいて取得すればよい。外気温は外気温センサ92により取得すればよい。EGRガス露点温度推定部120により推定される露点温度TDEWは、凝縮水発生防止制御部140に送信される。
The EGR gas dew point temperature estimation unit 120 (an example of the exhaust gas recirculation gas state amount acquisition unit of the present disclosure) is an EGR gas temperature T EGR transmitted from the
触媒昇温制御部130は、SCR触媒温度推定部110から送信されるSCR触媒温度TSCRが所定の活性温度TACT(例えば、約200℃)未満の場合に、後段後処理ヒータ77に通電し、SCR触媒温度TSCRを活性温度TACTまで上昇させる触媒昇温制御を実施する。触媒昇温制御における通電量は、SCR触媒温度推定部110から送信されるSCR触媒温度TSCRと活性温度TACTとの偏差に基づいてフィードバック制御すればよい。
The catalyst temperature rise
このように、第2接続排気通路33と低圧EGR通路56との分岐部33A(図1参照)よりも下流側に配置された後段後処理ヒータ77の発熱により、SCR触媒78に流れ込む排気の温度を上昇させる触媒昇温制御を実行することにより、後述する凝縮水発生防止制御と並行して実行しても、低圧EGR通路56側に熱を奪われることなく直接的にSCR触媒78を昇温することができる。これにより、エンジン10の排気エミッション性能を向上させることが可能となる。触媒昇温制御は、SCR触媒温度TSCRが活性温度TACTに達すると終了する。
As described above, the temperature of the exhaust gas flowing into the
凝縮水発生防止制御部140は、EGR温度センサ97から送信されるEGRガス温度TEGRが、EGRガス露点温度推定部120から送信される露点温度TDEW未満の場合に、EGRヒータ59に通電し、低圧EGR通路56のEGRガス温度TEGRを露点温度TDEWまで上昇させる凝縮水発生防止制御を実施する。凝縮水発生防止制御における通電量は、EGR温度センサ97から送信されるEGRガス温度TEGRとEGRガス露点温度推定部120から送信される露点温度TDEWとの偏差に基づいてフィードバック制御すればよい。
The condensed water generation
このように、低圧EGR通路56の低圧EGRクーラ58よりも上流側(分岐部33A側)に配置されたEGRヒータ59の発熱により、低圧EGR通路56を流れるEGRガス温度TEGRを上昇させる凝縮水発生防止制御を実行することにより、上述の触媒昇温制御と並行して実行しても、第2接続排気通路33側に熱を奪われることなく直接的にEGRガスを昇温することができる。これにより、低圧EGRクーラ58や低圧EGR通路56等における凝縮水の発生を防止することが可能となる。凝縮水発生防止制御は、EGRガス温度TEGRが露点温度TDEWに達すると終了する。
In this way, the condensed water that raises the EGR gas temperature T EGR flowing through the low-
フィルタ再生制御部150は、差圧センサ95から送信される前後差圧Pが所定の上限差圧に達した場合、或いは、前回のフィルタ再生実施からのインターバル(例えば、累積走行距離や累積走行時間)が所定のインターバルに達した場合等、所定の実行条件が成立すると、フィルタ64に堆積しているPMを燃焼除去するフィルタ再生制御を実施する。
The filter
本実施形態において、フィルタ再生制御部150は、前段後処理ヒータ63を発熱させるヒータ加熱制御と、筒内インジェクタのポスト噴射や排気管インジェクタの排気管噴射による燃料噴射制御とを併用することによりフィルタ再生制御を実行する。
In the present embodiment, the filter
具体的には、フィルタ再生制御部150は、第1排気温度センサ94から送信されるフィルタ温度がPM燃焼温度よりも低い所定の第1目標温度となるようにヒータ加熱制御を行う。ヒータ加熱制御における通電量は、予め設定した目標通電量に基づいてフィードフォワード制御すればよい。
Specifically, the filter
また、フィルタ再生制御部150は、第1排気温度センサ94から送信されるフィルタ温度がPM燃焼温度となるように燃料噴射制御を行う。燃料噴射制御におけるポスト噴射や排気管噴射の燃料噴射量は、PM燃焼温度と第1排気温度センサ94により取得されるフィルタ温度との偏差に基づいてフィードバック制御すればよい。
Further, the filter
このように、燃料噴射制御と併用して、ヒータ加熱制御を実行することにより、フィルタ再生に費やされる燃料総消費量を効果的に削減することが可能になる。フィルタ再生制御は、差圧センサ95から送信される前後差圧Pが所定の下限差圧まで低下した場合、燃料総噴射量が所定の上限噴射量に達した場合、或は、フィルタ再生制御開始からの経過時間が上限時間に達すると終了する。
In this way, by executing the heater heating control in combination with the fuel injection control, it is possible to effectively reduce the total fuel consumption consumed for filter regeneration. In the filter regeneration control, the front-rear differential pressure P transmitted from the
次に、図3,4,5に基づいて、本実施形態に係る触媒昇温制御、凝縮水発生防止制御、フィルタ再生制御の処理の流れを説明する。これら各制御のルーチンは、例えば、イグニッションスイッチのON操作と同時に開始される。 Next, the flow of the catalyst temperature rise control, the condensed water generation prevention control, and the filter regeneration control according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 5. Each of these control routines is started, for example, at the same time as the ON operation of the ignition switch.
図3は、本実施形態に係る触媒昇温制御の処理の流れを説明するチャート図である。 FIG. 3 is a chart diagram for explaining the flow of the catalyst temperature rise control process according to the present embodiment.
ステップS100では、SCR触媒温度TSCRが活性温度TACT未満か否かを判定する。SCR触媒温度TSCRが活性温度TACT未満の場合(Yes)、本制御はステップS110に進む。一方、SCR触媒温度TSCRが活性温度TACT以上の場合(No)、本制御はステップS100の判定処理を繰り返す。 In step S100, it is determined whether or not the SCR catalyst temperature T SCR is lower than the active temperature T ACT. If the SCR catalyst temperature T SCR is less than the active temperature T ACT (Yes), this control proceeds to step S110. On the other hand, when the SCR catalyst temperature T SCR is equal to or higher than the active temperature T ACT (No), this control repeats the determination process of step S100.
ステップS110では、後段後処理ヒータ77に通電することにより、SCR触媒78に流れ込む排気の温度を上昇させる触媒昇温制御を実行する。
In step S110, the catalyst temperature rise control for raising the temperature of the exhaust gas flowing into the
次いで、ステップS120では、SCR触媒温度TSCRが活性温度TACTまで上昇したか否かを判定する。SCR触媒温度TSCRが活性温度TACTまで上昇していない場合(No)、本制御はステップS110の処理に戻される。一方、SCR触媒温度TSCRが活性温度TACTまで上昇した場合(Yes)、本制御はその後、リターンされる。 Next, in step S120, it is determined whether or not the SCR catalyst temperature T SCR has risen to the active temperature T ACT. If the SCR catalyst temperature T SCR has not risen to the active temperature T ACT (No), this control is returned to the process of step S110. On the other hand, when the SCR catalyst temperature T SCR rises to the active temperature T ACT (Yes), this control is then returned.
図4は、本実施形態に係る凝縮水発生防止制御の処理の流れを説明するチャート図である。 FIG. 4 is a chart diagram illustrating a flow of processing for controlling the generation of condensed water according to the present embodiment.
ステップS200では、EGRガス温度TEGRが露点温度TDEW未満か否かを判定する。EGRガス温度TEGRが露点温度TDEW未満の場合(Yes)、本制御はステップS210に進む。一方、EGRガス温度TEGRが露点温度TDEW以上の場合(No)、本制御はステップS200の判定処理を繰り返す。 In step S200, it is determined whether or not the EGR gas temperature T EGR is less than the dew point temperature T DEW. If the EGR gas temperature T EGR is less than the dew point temperature T DEW (Yes), this control proceeds to step S210. On the other hand, when the EGR gas temperature T EGR is equal to or higher than the dew point temperature T DEW (No), this control repeats the determination process in step S200.
ステップS210では、EGRヒータ59に通電することにより、低圧EGR通路56のEGRガス温度TEGRを上昇させる凝縮水発生防止制御を実行する。
In step S210, by energizing the
次いで、ステップS220では、EGRガス温度TEGRが露点温度TDEWまで上昇したか否かを判定する。EGRガス温度TEGRが露点温度TDEWまで上昇していない場合(No)、本制御はステップS210の処理に戻される。一方、EGRガス温度TEGRが露点温度TDEWまで上昇した場合(Yes)、本制御はその後、リターンされる。 Next, in step S220, it is determined whether or not the EGR gas temperature T EGR has risen to the dew point temperature T DEW. If the EGR gas temperature T EGR has not risen to the dew point temperature T DEW (No), this control is returned to the process of step S210. On the other hand, when the EGR gas temperature T EGR rises to the dew point temperature T DEW (Yes), this control is then returned.
図5は、本実施形態に係るフィルタ再生制御の処理の流れを説明するチャート図である。 FIG. 5 is a chart diagram illustrating a flow of processing for filter regeneration control according to the present embodiment.
ステップS300では、差圧センサ95から送信される前後差圧Pが所定の上限差圧に達するか、或いは、前回のフィルタ再生実施からのインターバルが所定のインターバルに達する、フィルタ再生の実行条件が成立するか否かを判定する。フィルタ再生の実行条件が成立する場合(Yes)、本制御はステップS310に進む。一方、実行条件が不成立の場合(No)、本制御はステップS300の判定処理を繰り返す。
In step S300, the execution condition of the filter regeneration is satisfied, in which the front-rear differential pressure P transmitted from the
ステップS310では、筒内インジェクタのポスト噴射や排気管インジェクタの排気管噴射による燃料噴射制御、及び、前段後処理ヒータ63に通電するヒータ加熱制御を実行する。
In step S310, fuel injection control by post-injection of the in-cylinder injector and exhaust pipe injection of the exhaust pipe injector, and heater heating control for energizing the
ステップS320では、フィルタ再生の終了条件が成立しているか否かを判定する。フィルタ再生の終了条件が成立していない場合(No)、本制御はステップS310の処理に戻される。一方、フィルタ再生の終了条件が成立している場合(Yes)本制御はその後、リターンされる。 In step S320, it is determined whether or not the filter reproduction end condition is satisfied. If the filter reproduction end condition is not satisfied (No), this control is returned to the process of step S310. On the other hand, when the end condition of the filter reproduction is satisfied (Yes), this control is then returned.
以上詳述した本実施形態によれば、分岐部33Aよりも排気下流側に後段後処理ヒータ77を、低圧EGR通路56の低圧EGRクーラ58よりも上流側にEGRヒータ59をそれぞれ設け、SCR触媒温度TSCRが活性温度TACT未満の場合に、後段後処理ヒータ77に通電する触媒昇温制御と、EGRガス温度TEGRが露点温度TDEW未満の場合に、EGRヒータ59に通電する凝縮水発生防止制御とを実行するように構成されている。これにより、例えば、エンジンの始動時に、SCR触媒78の活性化と、低圧EGRクーラ58等における凝縮水の発生防止とを効果的に並行して行うことができるようになり、排気エミッション性能を確実に向上し、凝縮水により低圧EGRクーラ58等が侵食されることを防止できる。
According to the present embodiment described in detail above, a post-stage
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、適宜に変形して実施することが可能である。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present disclosure.
例えば、上記実施形態において、前段後処理ヒータ63は、前段後処理装置60の酸化触媒62よりも下流側に備えられるものとして説明したが、前段後処理装置60の酸化触媒62よりも上流側に備え、酸化触媒温度TDOCが所定の活性温度(例えば、約200℃)よりも低い場合に、前段後処理ヒータ63に通電する触媒昇温制御を実施してもよい。この場合は、エンジンの燃焼制御による触媒昇温制御が不要となり、燃費性能を向上させることが可能となる。
For example, in the above embodiment, the pre-stage
また、上記実施形態において、EGRヒータ59は低圧EGR通路56に設けられるものとして説明したが、高圧EGR通路51に設けてもよい。
Further, in the above embodiment, the
10 エンジン
22 上流吸気通路
23 下流吸気通路
31 上流排気通路
32 第1接続排気通路
33 第2接続排気通路
34 下流排気通路
40 過給機
41 タービン
42 コンプレッサ
43 ターボ軸
55 低圧EGR装置(排気再循環装置)
56 低圧EGR通路(排気再循環通路)
57 低圧EGRバルブ
58 低圧EGRクーラ(クーラ)
59 EGRヒータ(第2ヒータ)
60 前段後処理装置
62 酸化触媒
63 前段後処理ヒータ(第3ヒータ)
64 フィルタ
70 後段後処理装置
71 尿素水噴射装置
77 後段後処理ヒータ(第1ヒータ)
78 SCR触媒(NOx触媒)
79 アンモニアスリップ触媒
100 制御装置
110 SCR触媒温度推定部(NOx触媒温度取得部)
120 EGRガス露点温度推定部(排気再循環ガス状態量取得部)
130 触媒昇温制御部
140 凝縮水発生防止制御部
150 フィルタ再生制御部
10
56 Low pressure EGR passage (exhaust gas recirculation passage)
57 Low
59 EGR heater (second heater)
60 Pre-stage
64
78 SCR catalyst (NOx catalyst)
79
120 EGR gas dew point temperature estimation unit (exhaust gas recirculation gas state quantity acquisition unit)
130 Catalyst temperature rise
Claims (4)
前記エンジンから排出される排気を流通させる排気通路と、
前記排気通路に設けられており、排気中のNOxを浄化するNOx触媒と、
前記NOx触媒よりも上流側の前記排気通路から分岐して前記吸気通路に合流する排気再循環通路と、該排気再循環通路に設けられるクーラとを有する排気再循環装置と、
前記排気通路の前記排気再循環通路との分岐部よりも下流側、かつ、前記NOx触媒よりも上流側に設けられる第1ヒータと、
前記排気再循環通路の前記クーラよりも上流側に設けられる第2ヒータと、
前記NOx触媒の温度を取得するNOx触媒温度取得部と、
前記排気再循環通路を流通する排気再循環ガスの状態量を取得する排気再循環ガス状態量取得部と、
取得される前記NOx触媒の温度が前記NOx触媒の所定の活性温度未満の場合に、前記第1ヒータを昇温させることにより、前記NOx触媒の温度を前記活性温度まで上昇させる触媒昇温制御を実施する触媒昇温制御部と、
取得される前記状態量に基づいて前記排気再循環ガスの温度が露点温度未満であると推定される場合に、前記第2ヒータを昇温させることにより、前記排気再循環ガスの温度を前記露点温度まで上昇させる凝縮水発生防止制御を実施する凝縮水発生防止制御部と、を備える
ことを特徴とするエンジンシステム。 The intake passage that circulates the intake air to be introduced into the engine,
An exhaust passage that circulates the exhaust gas discharged from the engine, and
A NOx catalyst provided in the exhaust passage to purify NOx in the exhaust,
An exhaust gas recirculation device having an exhaust recirculation passage branching from the exhaust passage on the upstream side of the NOx catalyst and joining the intake passage, and a cooler provided in the exhaust recirculation passage.
A first heater provided on the downstream side of the exhaust passage with the exhaust recirculation passage and on the upstream side of the NOx catalyst.
A second heater provided on the upstream side of the cooler of the exhaust gas recirculation passage, and
A NOx catalyst temperature acquisition unit that acquires the temperature of the NOx catalyst,
An exhaust gas recirculation gas state amount acquisition unit that acquires the state amount of the exhaust gas recirculation gas flowing through the exhaust gas recirculation passage, and an exhaust gas recirculation gas state amount acquisition unit.
When the acquired temperature of the NOx catalyst is lower than the predetermined active temperature of the NOx catalyst, the catalyst temperature rise control for raising the temperature of the NOx catalyst to the active temperature by raising the temperature of the first heater. The catalyst temperature rise control unit to be implemented and
When the temperature of the exhaust gas recirculation gas is estimated to be lower than the dew point temperature based on the acquired state quantity, the temperature of the exhaust gas recirculation gas is changed to the dew point by raising the temperature of the second heater. An engine system characterized by being equipped with a condensed water generation prevention control unit that implements condensed water generation prevention control for raising the temperature to a temperature.
請求項1に記載のエンジンシステム。 When the acquired temperature of the NOx catalyst is lower than the active temperature and the temperature of the exhaust gas recirculation gas is estimated to be lower than the dew point temperature based on the acquired state quantity, the catalyst The engine system according to claim 1, wherein the temperature rise control and the condensed water generation prevention control are performed in parallel.
前記排気通路の前記酸化触媒よりも下流側に設けられており、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記排気通路の前記フィルタよりも上流側に設けられる第3ヒータと、
前記未燃燃料を前記酸化触媒に供給すると共に、前記第3ヒータを昇温させることにより、前記フィルタに堆積した前記粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生制御を実施するフィルタ再生制御部と、をさらに備える
請求項1又は請求項2に記載のエンジンシステム。 An oxidation catalyst provided in the exhaust passage to oxidize unburned fuel in the exhaust,
A filter provided downstream of the oxidation catalyst in the exhaust passage and collecting particulate matter in the exhaust,
A third heater provided on the upstream side of the exhaust passage with respect to the filter, and
A filter regeneration control unit that performs filter regeneration control for burning and removing the particulate matter deposited on the filter by supplying the unburned fuel to the oxidation catalyst and raising the temperature of the third heater. The engine system according to claim 1 or 2, further comprising.
前記排気再循環装置は、前記タービンよりも下流側の前記排気通路から分岐して、前記コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路に合流する低圧排気再循環装置である
請求項1から請求項3の何れか一項に記載のエンジンシステム。 A supercharger having a turbine provided in the exhaust passage and driven by exhaust gas and a compressor provided in the intake passage and rotatably connected to the turbine is further provided.
The exhaust gas recirculation device is a low-pressure exhaust gas recirculation device that branches from the exhaust passage on the downstream side of the turbine and joins the intake passage on the upstream side of the compressor. The engine system according to any one item.
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- 2020-01-20 JP JP2020007103A patent/JP2021113540A/en active Pending
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