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WO2018037990A1 - 昇温システム - Google Patents

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WO2018037990A1
WO2018037990A1 PCT/JP2017/029526 JP2017029526W WO2018037990A1 WO 2018037990 A1 WO2018037990 A1 WO 2018037990A1 JP 2017029526 W JP2017029526 W JP 2017029526W WO 2018037990 A1 WO2018037990 A1 WO 2018037990A1
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WO
WIPO (PCT)
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temperature
exhaust
internal combustion
combustion engine
vehicle
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2017/029526
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English (en)
French (fr)
Inventor
石川　崇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/356—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear making the angular relationship oscillate, e.g. non-homokinetic drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
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    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/11—Thermal or acoustic insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • This disclosure relates to a temperature raising system for raising the temperature of a catalyst in an aftertreatment device by advancing the opening timing of an exhaust valve of an internal combustion engine.
  • the exhaust gas generated in the internal combustion engine of the vehicle is processed by a post-processing device provided in the middle of the exhaust system before being discharged from the vehicle into the atmosphere.
  • DPF Diesel Particulate Filter
  • urea SCR Selective Catalytic Reduction
  • the DPF collects and burns particulate matter (hereinafter referred to as PM) contained in the exhaust gas (so-called self-regeneration).
  • PM particulate matter contained in the exhaust gas
  • the urea SCR reacts with ammonia generated by blowing urea water on the exhaust gas and nitrogen oxide (hereinafter referred to as NOx) contained in the exhaust gas. And detoxify NOx.
  • Patent Document 1 discloses a technique for advancing the opening timing of the exhaust valve of the internal combustion engine in order to quickly increase the catalyst temperature when the internal combustion engine is started at a low temperature.
  • the temperature of the catalyst in the aftertreatment device begins to drop. Therefore, when the vehicle starts to travel again after such a stop, the temperature of the catalyst may be insufficient, and as a result, the aftertreatment device may not function sufficiently.
  • This disclosure aims to provide a temperature raising system capable of raising the temperature of the catalyst even when the vehicle is stopped.
  • the present disclosure is directed to a temperature raising system mounted on a vehicle.
  • the temperature raising system includes an internal combustion engine having an exhaust valve, an exhaust system that guides exhaust gas from the internal combustion engine, and an exhaust system that is provided in the exhaust system and that processes exhaust gas generated in the internal combustion engine using a catalyst. And a control unit that advances the opening timing of the exhaust valve when the temperature in the exhaust system falls below a predetermined reference temperature while the vehicle is stopped.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a temperature raising system according to the present disclosure.
  • FIG. 2 is a flowchart of catalyst temperature increase control by the control unit shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing the timing of the vehicle speed change, the temperature change in the exhaust system, and the advance angle control.
  • a temperature raising system 1 is mounted on a vehicle, and an internal combustion engine 100 as an object to be controlled, an exhaust system 200, a vehicle speed pulse output unit Se1, a temperature sensor Se2, and an engine control unit (hereinafter referred to as ECU). 300.
  • the vehicle is assumed to be an idling vehicle.
  • the internal combustion engine 100 is typically a diesel engine, and includes a combustion chamber 102, an injector 104, an intake valve 106, an exhaust valve 108, and a variable valve timing mechanism (hereinafter referred to as a VVT mechanism) 110. ing.
  • the combustion chamber 102 is a space surrounded by the top of the piston 112, the cylinder 114, the cylinder head 116, and the like.
  • the injector 104 injects fuel into the combustion chamber 102.
  • the present invention is not limited to this, and the injector 104 may inject fuel into the intake port.
  • Each of the intake valve 106 and the exhaust valve 108 is configured to be openable and closable.
  • the intake valve 106 is opened, fresh air from the intake passage 118 is drawn into the combustion chamber 102.
  • the exhaust valve 108 is opened, the exhaust gas generated by the combustion of fuel in the combustion chamber 102 is sent out to the exhaust system 200 (specifically, the exhaust passage 202).
  • the VVT mechanism 110 rotates the exhaust camshaft (not shown) for opening and closing the exhaust valve 108 to the advance side or the retard side by driving the vane by hydraulic, electric control or other known methods. As a result, the opening / closing timing of the exhaust valve 108 is advanced or retarded.
  • the VVT mechanism 110 is not limited to the phase change type as described above, and may be a cam switching type or the like.
  • the exhaust system 200 has an exhaust passage 202 that guides exhaust gas generated in the internal combustion engine 100 to the atmosphere (outside the vehicle).
  • an oxidation catalyst 206, a DPF (Diesel Particulate Filter) 208, and an SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst 210 are provided in the exhaust passage 202 as examples of the post-treatment device 204.
  • a urea water addition valve 212 is provided immediately before the SCR catalyst 210 (that is, immediately upstream).
  • the oxidation catalyst 206 converts a part of nitrogen oxide (hereinafter referred to as NOx) in the exhaust gas flowing into itself into nitrogen dioxide to increase the ratio of nitrogen dioxide in the exhaust gas (NOx).
  • NOx nitrogen oxide
  • the DPF 208 is provided on the downstream side of the oxidation catalyst 206 in the exhaust passage 202 and collects particulate matter (hereinafter referred to as PM) contained in the exhaust gas flowing into the DPF 208. Further, if the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than the self-regeneration temperature, the DPF 208 burns and removes the collected PM (so-called self-regeneration).
  • the weight ratio of nitrogen dioxide in the exhaust gas is important for self-regeneration (that is, PM combustion) in the DPF 208. Accordingly, the self-regeneration is performed by organically combining the oxidation catalyst 206 and the DPF 208. From this point of view, the oxidation catalyst 206 and the DPF 208 can be regarded as one aftertreatment device 204.
  • a predetermined catalyst may be added to the DPF 208 itself.
  • the DPF 208 alone can be regarded as one post-processing device 204.
  • the SCR catalyst 210 is disposed on the downstream side of the DPF 208 in the exhaust passage 202.
  • a urea water addition valve 212 for adding urea water to the position is provided immediately upstream of the SCR catalyst 210 in the exhaust flow path 202.
  • the SCR catalyst 210 reacts ammonia with nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) contained in the exhaust gas, thereby detoxifying NOx.
  • NOx nitrogen oxides
  • the exhaust gas treated by the post-treatment device 204 is discharged into the atmosphere through a muffler (not shown) or the like.
  • the outer periphery of the exhaust passage 202 (more specifically, the section of the exhaust passage 202 from the internal combustion engine 100 to the aftertreatment device 204) is covered with a heat insulating material 214. Yes.
  • the heat insulating performance of the heat insulating material 214 is appropriately determined based on the temperature and cost of exhaust gas required by each post-processing device 204.
  • each post-processing device 204 is disposed close to the internal combustion engine 100 in the exhaust passage 202.
  • the distance from the internal combustion engine 100 to each aftertreatment device 204 is appropriately determined based on the temperature of exhaust gas required by each aftertreatment device 204.
  • the vehicle speed pulse output unit Se1 outputs a pulse signal (hereinafter referred to as a vehicle speed pulse) representing the traveling speed of the vehicle to the ECU 300.
  • a vehicle speed pulse a pulse signal representing the traveling speed of the vehicle
  • the ECU 300 determines the state of the vehicle (that is, whether the vehicle is stopped or traveling) using the vehicle speed pulse.
  • the present invention is not limited to this, and the state of the vehicle may be determined by another known method. For example, it is possible to determine the state of the vehicle based on the time-series positioning results by the GPS receiver.
  • the temperature sensor Se2 is made of, for example, a thermocouple, and generates a signal indicating the temperature in the exhaust passage 202 and outputs the signal to the ECU 300.
  • the temperature sensor Se ⁇ b> 2 is preferably provided inside the aftertreatment device 204 in the exhaust passage 202 or in the immediate vicinity of the aftertreatment device 204 in the exhaust passage 202. Thereby, ECU 300 can directly measure the temperature of the exhaust gas in post-processing device 204.
  • the temperature sensor Se ⁇ b> 2 is not limited to the above, and may be provided anywhere within the exhaust flow path 202. However, if provided at a location away from the post-processing device 204, the output signal of the temperature sensor Se2 may not accurately indicate the actual exhaust gas temperature in the post-processing device 204, so the ECU 300 outputs the temperature sensor Se2. It is necessary to correct the temperature indicated by the signal.
  • the temperature sensor Se2 may be inserted into the oxidation catalyst 206 or the SCR catalyst 210 to detect these temperatures.
  • ECU 300 has a connector, a CPU, a program memory, a working memory, and various electronic components mounted on a circuit board.
  • the CPU executes the program stored in the program memory using the working memory, and controls the internal combustion engine 100 (in particular, the VVT mechanism 110). Under such control of the CPU, the VVT mechanism 110 advances the opening timing of the exhaust valve 108 or ends the advance control.
  • the CPU of the ECU 300 acquires the vehicle speed pulse from the vehicle speed pulse output unit Se1, and derives the current vehicle speed based on the acquired vehicle speed pulse (step S001).
  • the CPU recognizes the current vehicle state (hereinafter referred to as the current state) based on the current vehicle speed derived in step S001 (step S003).
  • the current state the current vehicle state
  • two types of “running” and “stop” are defined as the state of the vehicle.
  • the CPU recognizes that the current state is “running”.
  • the current vehicle speed is zero, the current state is recognized as “stop”.
  • step S005 determines in step S005 that the current state is “running” (ie, if it is determined to be YES), the CPU performs step S007 described later.
  • step S005 determines NO in step S005 (that is, if the current state is not “running” but “stop”), it obtains the output signal of the temperature sensor Se2, and the current exhaust system 200 internal As an example of the temperature, the current temperature of the exhaust gas is derived (step S011).
  • the CPU detects the current catalyst as another example of the current temperature in the exhaust system 200 in step S011.
  • the temperature may be derived.
  • the CPU determines whether or not the current exhaust gas temperature derived in step S011 is lower than a predetermined reference temperature (step S013).
  • the reference temperature is set in advance to a temperature obtained by adding a predetermined margin to the self-regeneration temperature of the DPF 208.
  • the reference temperature may be set in advance to a temperature obtained by adding a predetermined margin to the activation temperature of the oxidation catalyst 206 or the SCR catalyst 210.
  • the highest temperature among the self-regeneration temperature of the DPF 208, the activation temperature of the oxidation catalyst 206, and the activation temperature of the SCR catalyst 210 is predetermined. It is preferable that the temperature is set in advance to the sum of the margins.
  • the predetermined margin is appropriately determined in consideration of specific specifications (for example, a thermal time constant) of each post-processing device 204, but may be zero depending on circumstances.
  • step S013 When the CPU determines that the current exhaust gas temperature is not lower than the reference temperature in step S013, the CPU returns to step S001 because it is not necessary to perform step S015 and subsequent steps. At this time, the opening timing of the exhaust valve 108 may already be advanced. Even in such a case, in this description, the opening timing of the exhaust valve 108 is not returned to the reference position (described later).
  • step S013 if it is determined in step S013 that the current exhaust gas temperature has fallen below the reference temperature, the CPU has already advanced the opening timing of the exhaust valve 108 for temperature rise control of the post-processing device 204 that is stopped. It is determined whether or not (step S015).
  • step S015 the CPU restarts the operation of the internal combustion engine 100 (ie, idling) as necessary, and controls the oil pressure of the VVT mechanism 110 to control the exhaust camshaft ( (Not shown) is rotated forward.
  • the VVT mechanism 110 advances the opening timing of the exhaust valve 108 (step S017).
  • the exhaust valve 108 is opened before the top of the piston 112 reaches the bottom dead center during the combustion / expansion stroke of the internal combustion engine 100. More specifically, the exhaust valve 108 is opened when the top of the piston 112 reaches a position about 1/3 of the stroke from the bottom dead center.
  • the exhaust gas in the combustion chamber 102 is not sent from the exhaust valve 108 to the exhaust passage 202 in a fully expanded state (that is, a relatively low temperature and low pressure state), but is compressed to some extent (ie, In a relatively high temperature and high pressure state). Since such high-temperature exhaust gas is supplied to each aftertreatment device 204, after a while after opening the exhaust valve 108, each aftertreatment device 204 (that is, the catalyst) starts to rise in temperature. Note that the number of revolutions and the fuel injection amount of the internal combustion engine 100 may be changed before and after the opening timing of the exhaust valve 108 is advanced while the vehicle is stopped. When such step S017 is completed, the CPU returns to step S001.
  • step S015 if the CPU determines YES in step S015, it returns to step S001. That is, the CPU returns to step S001 while maintaining the state where the exhaust camshaft (not shown) of the internal combustion engine 100 is rotated to the advance side.
  • step S005 the CPU determines whether or not the opening timing of each exhaust valve 108 has already been advanced for temperature rise control of the post-processing device 204 while the vehicle is stopped ( Step S007).
  • step S007 If the CPU determines NO in step S007, the CPU returns to step S001.
  • the CPU controls the hydraulic pressure of the VVT mechanism 110 to rotate the exhaust camshaft (not shown) of the internal combustion engine 100 to the side opposite to the advance side, thereby causing the VVT.
  • the mechanism 110 returns the opening timing of the exhaust valve 108 to the reference position (step S009). Thereafter, the CPU returns to step S001.
  • the exhaust valve 108 is opened when the top of the piston 112 reaches the bottom dead center or a position just before the bottom dead center.
  • the opening timing of the exhaust valve 108 is returned to the reference position in step S009. This process means the end of the temperature increase control of each post-processing device 204. Therefore, after the end of step S009, the VVT mechanism 110 advances or retards the opening / closing timing of the exhaust valve 108 for a normal purpose (for efficient intake / exhaust).
  • each aftertreatment device 204 Since such high-temperature exhaust gas is supplied to each aftertreatment device 204, after a while after opening the exhaust valve 108, each aftertreatment device 204 (that is, the catalyst) starts to rise in temperature. Since the opening timing of the exhaust valve 108 as described above is maintained until the vehicle restarts, the temperature of each aftertreatment device 204 (that is, the catalyst) is sufficiently raised when the vehicle restarts. Thus, according to the temperature raising system 1, the temperature of the catalyst can be raised even when the vehicle is stopped.
  • the temperature raising system 1 can provide an operation and effect that, after resuming traveling of the vehicle, a lot of good fuel consumption time can be secured and improvement in fuel consumption can be expected.
  • the reference temperature is set based on the highest temperature among the self-regeneration temperature of the DPF 208, the activation temperature of the oxidation catalyst 206, and the activation temperature of the SCR catalyst 210. With this setting, at the time of departure, it is possible to obtain a more preferable operation and effect that all the post-processing devices 204 can be sufficiently heated.
  • step S005 the operation of the internal combustion engine 100 stops (idling stop). Therefore, in step S017, the operation of the internal combustion engine 100 is started, and then the exhaust valve 108 is started. It is necessary to advance the opening timing.
  • the self-regeneration temperature of the DPF 208, the activation temperature of the oxidation catalyst 206 and the SCR catalyst 210, the reference temperature, and the like are appropriately set based on the specific specifications of each component used in the temperature raising system 1. It should be.
  • the internal combustion engine 100 is a diesel engine.
  • the present invention is not limited to this, and the internal combustion engine 100 may be a gasoline engine.
  • the ECU 300 derives the temperature in the exhaust system 200 based on the detection result of the temperature sensor Se2.
  • the present invention is not limited to this, and the ECU 300 may indirectly measure the temperature in the exhaust system 200 by a known method.
  • the ECU 300 may be an estimated temperature obtained by calculation based on the fuel injection amount, the engine speed, the exhaust gas flow rate, or the like.
  • the temperature raising system of the present disclosure can raise the temperature of the catalyst even when the vehicle is stopped, and is useful for a vehicle equipped with a diesel engine or the like.

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Abstract

昇温システムは、車両に搭載され、排気バルブを有する内燃機関と、内燃機関からの排ガスを導く排気系と、排気系内に設けられ、内燃機関で生じた排ガスを、触媒を用いて処理する後処理装置と、車両が停止中に、排気系内の温度が予め定められた基準温度を下回ると、排気バルブの開タイミングを進角させる制御部と、を備えている。

Description

昇温システム
　本開示は、内燃機関の排気バルブの開タイミングを進角させて、後処理装置内の触媒を昇温する昇温システムに関する。
　車両の内燃機関で生じた排ガスは、車両から大気中へと排出される前に、排気系の途中に設けられた後処理装置で処理される。
　後処理装置としては、内燃機関がディーゼルエンジンの場合、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）や、尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）が例示される。
　ＤＰＦは、排ガス温度が自己再生温度以上であれば、排ガス中に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭという）を捕集し燃焼させる（所謂、自己再生）。しかし、排ガス温度が自己再生温度よりも低い場合、フィルタの前段に置かれた酸化触媒の温度が低下して活性化しないため、ＤＰＦは自己再生することが難しい。
　また、尿素ＳＣＲは、ＳＣＲ触媒の入口側の排ガスの温度が一定以上になると、尿素水を排ガスに吹きかけて生成したアンモニアと、排ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を反応させて、ＮＯｘを無害化する。
　内燃機関の低温始動時、上記触媒のそれぞれが低温であるため、後処理装置は十分に機能しない。そこで、特許文献１等では、内燃機関の低温始動時に触媒温度をいち早く上昇させるため、内燃機関の排気バルブの開タイミングを進角させる技術が開示されている。
日本国特開平１０－６８３３２号公報
　車両が一時的に停止すると、後処理装置における触媒の温度が低下し始める。従って、このような停車を経て車両が再び走行し始めた時、触媒の温度が不十分な場合があり、その結果、後処理装置が十分に機能しないことがある。
　本開示は、停車中にも触媒の温度を昇温可能な昇温システムを提供することを目的とする。
　本開示は、車両に搭載される昇温システムに向けられる。本昇温システムは、排気バルブを有する内燃機関と、前記内燃機関からの排ガスを導く排気系と、前記排気系内に設けられ、前記内燃機関で生じた排ガスを、触媒を用いて処理する後処理装置と、前記車両が停止中に、前記排気系内の温度が予め定められた基準温度を下回ると、前記排気バルブの開タイミングを進角させる制御部と、を備えている。
　本開示によれば、停車中であっても触媒の温度を昇温可能な昇温システムを提供することが出来る。
図１は、本開示の昇温システムの構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示す制御部による触媒昇温制御のフロー図である。 図３は、車両の速度変化、排気系内の温度変化および進角制御のタイミングを示す図である。
　以下、上記図面を参照して、本開示に係る昇温システム１を詳説する。
＜１．昇温システム１の概略構成＞
　図１において、昇温システム１は、車両に搭載され、制御対象としての内燃機関１００と、排気系２００と、車速パルス出力部Ｓｅ１と、温度センサＳｅ２と、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）３００と、を備えている。なお、本説明では、車両はアイドリング車であるとして説明する。
　内燃機関１００は、典型的にはディーゼルエンジンであって、燃焼室１０２と、インジェクタ１０４と、吸気バルブ１０６と、排気バルブ１０８と、可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴ機構という）１１０と、を備えている。
　燃焼室１０２は、ピストン１１２の頂部、シリンダ１１４およびシリンダヘッド１１６等で囲まれた空間である。
　インジェクタ１０４は、本説明では、燃焼室１０２内に燃料を噴射する。しかし、これに限らず、インジェクタ１０４は、吸気ポートに燃料を噴射しても構わない。
　吸気バルブ１０６および排気バルブ１０８のそれぞれは開閉可能に構成される。吸気バルブ１０６が開くことで、吸気流路１１８からの新気が燃焼室１０２に吸入される。また、排気バルブ１０８が開くことで、燃焼室１０２で燃料が燃焼して生じた排ガスが排気系２００（具体的には、排気流路２０２）に送り出される。
　ＶＶＴ機構１１０は、油圧、電制その他周知の方式によりベーンを駆動することで、上記排気バルブ１０８を開閉させるための排気カムシャフト（図示せず）を進角側または遅角側に回転させる。これによって、排気バルブ１０８の開閉タイミングを進角させたり、遅角させたりする。なお、ＶＶＴ機構１１０は、上記のような位相変化型に限らず、カム切り替え型等であっても構わない。
　排気系２００は、内燃機関１００で生じた排ガスを大気中（車外）に導く排気流路２０２を有する。また、本説明では、排気流路２０２の中には、後処理装置２０４の例示として、酸化触媒２０６と、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）２０８と、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒２１０とが、設けられる。また、ＳＣＲ触媒２１０の直前（即ち、すぐ上流側）に尿素水添加弁２１２が設けられている。
　酸化触媒２０６は、自身に流入した排ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）の一部を二酸化窒素にして、排ガス（ＮＯｘ）における二酸化窒素の比率を高める。
　ＤＰＦ２０８は、排気流路２０２において酸化触媒２０６の下流側に設けられ、自身に流入した排ガス中に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭという）を捕集する。また、ＤＰＦ２０８は、排ガスの温度が自己再生温度以上であれば、捕集したＰＭを燃焼させて除去する（所謂、自己再生）。ここで、ＤＰＦ２０８における自己再生（即ち、ＰＭの燃焼）には、排ガス中での二酸化窒素の重量比が重要である。よって、自己再生は、酸化触媒２０６とＤＰＦ２０８とが有機的に組み合わさって実施されることになる。この観点で、酸化触媒２０６とＤＰＦ２０８とを一つの後処理装置２０４とみなすことが出来る。
　なお、ＤＰＦ２０８自体に、所定の触媒が付加されていても構わない。この場合、ＤＰＦ２０８単体を一つの後処理装置２０４とみなすことが出来る。
　ＳＣＲ触媒２１０は、排気流路２０２においてＤＰＦ２０８の下流側に配置される。また、排気流路２０２においてＳＣＲ触媒２１０の直ぐ上流には、その位置に尿素水を添加する尿素水添加弁２１２が設けられる。これにより、ＳＣＲ触媒２１０には、排ガスだけでなく、尿素水を排ガスに吹きかけることで生成されたアンモニアも供給される。ＳＣＲ触媒２１０は、自身の入口側の排ガスの温度が一定以上になると、アンモニアと、排ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を反応させて、ＮＯｘを無害化する。上記ＳＣＲ触媒２１０と尿素水添加弁２１２とは、尿素ＳＣＲシステムを構成する。
　上記後処理装置２０４で処理された排ガスは、マフラー（図示せず）等を介して、大気中に排出される。
　なお、本説明では、好ましい構成として、排気流路２０２の外周（より具体的には、内燃機関１００から後処理装置２０４に至るまでの排気流路２０２の区間）は断熱材２１４で覆われている。断熱材２１４の断熱性能は、各後処理装置２０４が必要とする排ガスの温度やコスト等に基づき適宜適切に定められる。
　また、本説明では、好ましい構成として、各後処理装置２０４は、排気流路２０２において内燃機関１００に近接配置される。ここで、内燃機関１００から各後処理装置２０４までの距離は、各後処理装置２０４が必要とする排ガスの温度等に基づき適宜適切に定められる。
　車速パルス出力部Ｓｅ１は、車両の走行速度を表すパルス信号（以下、車速パルスという）をＥＣＵ３００に出力する。本説明では、車速パルスを用いて、ＥＣＵ３００は、車両の状態（即ち、停車中か走行中か）を判断する。しかし、これに限らず、他の周知の方法で車両の状態は判断されても構わない。例えば、ＧＰＳ受信機による時系列の測位結果に基づき、車両の状態を判断することも可能である。
　温度センサＳｅ２は、例えば熱電対等からなり、排気流路２０２内の温度を示す信号を生成してＥＣＵ３００に出力する。
　温度センサＳｅ２は、好ましくは、排気流路２０２内の後処理装置２０４の内部、または、排気流路２０２内の後処理装置２０４のすぐ近傍に設けられる。これにより、ＥＣＵ３００は、後処理装置２０４における排ガスの温度を直接的に測定することが出来る。
　温度センサＳｅ２は、上記に限らず、排気流路２０２内であれば、どこに設けられても構わない。しかし、後処理装置２０４から離れた場所に設けられると、温度センサＳｅ２の出力信号は、後処理装置２０４における実際の排ガス温度を正確に示さないこともあるため、ＥＣＵ３００は、温度センサＳｅ２の出力信号が示す温度を補正する必要がある。
　また、温度センサＳｅ２は、酸化触媒２０６やＳＣＲ触媒２１０の内部に挿通されて、これらの温度を検出しても構わない。
　ＥＣＵ３００は、回路基板上に実装された、コネクタ、ＣＰＵ、プログラムメモリ、ワーキングメモリおよび各種電子部品を有する。ＣＰＵは、プログラムメモリに格納されたプログラムをワーキングメモリを使って実行して、内燃機関１００（特に、ＶＶＴ機構１１０）を制御する。このようなＣＰＵの制御の下、ＶＶＴ機構１１０は、排気バルブ１０８の開タイミングを進角させたり、かかる進角制御を終了したりする。
＜２．ＥＣＵ３００の処理＞
　次に、図２を参照して、ＥＣＵ３００による、各後処理装置２０４の昇温制御の処理手順を説明する。ＥＣＵ３００は、例えば、運転者が内燃機関１００を始動させてから停止させるまでの間、他の車両制御（ＶＶＴ機構１１０による排気バルブ１０８の通常の進角制御等）と並行して、図２の処理を継続的に行う。
　具体的には、図２において、ＥＣＵ３００のＣＰＵは、車速パルス出力部Ｓｅ１から車速パルスを取得して、取得した車速パルスに基づき現在の車速を導出する（ステップＳ００１）。
　次に、ＣＰＵは、ステップＳ００１で導出した現在の車速に基づき、現在の車両の状態（以下、現状という）を認識する（ステップＳ００３）。本説明では、車両の状態としては、「走行」と「停車」の二通りが定義される。ＣＰＵは、現在の車速がゼロを超えている場合には、現状が「走行」であると認識する。それに対し、現在の車速がゼロである場合には、現状は「停車」と認識される。
　次に、ＣＰＵは、ステップＳ００５において、現状が「走行」であると判断すれば（即ち、ＹＥＳと判断すれば）、後述のステップＳ００７を行う。
　それに対し、ＣＰＵは、ステップＳ００５においてＮＯと判断すれば（即ち、現状が「走行」でなく「停車」であれば）、温度センサＳｅ２の出力信号を取得して、現在の排気系２００内の温度の一例として現在の排ガスの温度を導出する（ステップＳ０１１）。
　なお、温度センサＳｅ２が、上記の通り酸化触媒２０６やＳＣＲ触媒２１０の温度を検出するのであれば、ＣＰＵは、ステップＳ０１１において、現在の排気系２００内の温度の他の例として現在の触媒の温度を導出しても構わない。
　次に、ＣＰＵは、ステップＳ０１１で導出した現在の排ガスの温度が、予め定められた基準温度を下回っているか否かを判断する（ステップＳ０１３）。ここで、基準温度は、ＤＰＦ２０８の自己再生温度に所定のマージンを加算した温度に予め設定される。基準温度は、他にも、酸化触媒２０６またはＳＣＲ触媒２１０の活性温度に所定のマージンを加算した温度に予め設定されても良い。また、本説明のように、複数の後処理装置２０４が排気系２００に設けられる場合、ＤＰＦ２０８の自己再生温度、酸化触媒２０６の活性温度およびＳＣＲ触媒２１０の活性温度のうち、最も高い温度に所定のマージンを加算した温度に予め設定されることが好ましい。なお、所定のマージンは、各後処理装置２０４の具体的な仕様（例えば熱時定数等）等を考慮して適宜適切に定められるが、場合によってはゼロでも構わない。
　ＣＰＵは、ステップＳ０１３において現在の排ガス温度が基準温度を下回っていないと判断した場合、ステップＳ０１５以降を行う必要が無いとして、ステップＳ００１に戻る。なお、この時、既に排気バルブ１０８の開タイミングが進角させられていることがある。このような場合であっても、本説明では、排気バルブ１０８の開タイミングは基準位置（後述）に戻されない。
　上記に対し、ステップＳ０１３において現在の排ガス温度が基準温度を下回ったと判断した場合、ＣＰＵは、停車中の後処理装置２０４の昇温制御のために排気バルブ１０８の開タイミングが既に進角させられているか否かを判断する（ステップＳ０１５）。
　ＣＰＵは、ステップＳ０１５でＮＯと判断すれば、必要に応じて、内燃機関１００の動作（即ち、アイドリング）を再開させると共に、ＶＶＴ機構１１０の油圧を制御して、内燃機関１００の排気カムシャフト（図示せず）を進角側に回転させる。これにより、ＶＶＴ機構１１０は、排気バルブ１０８の開タイミングを進角させる（ステップＳ０１７）。かかる進角制御により、排気バルブ１０８は、内燃機関１００の燃焼・膨張行程においてピストン１１２の頂部が下死点に下がり切らないうちに開けられる。より具体的には、下死点からストロークの１／３程度上死点側の位置にピストン１１２の頂部が達した時に、排気バルブ１０８が開けられる。その結果、燃焼室１０２内の排ガスは、膨張しきった状態（即ち、相対的に低温低圧の状態）で排気バルブ１０８から排気流路２０２に送り出されるのでは無く、ある程度圧縮された状態（即ち、相対的に高温高圧の状態）で排気流路２０２に送り出される。このような高温の排ガスが各後処理装置２０４に供給されるため、排気バルブ１０８を開いた後暫くすると、各後処理装置２０４（即ち、触媒）が昇温し始める。なお、停車中、排気バルブ１０８の開タイミングの進角させる前後で、内燃機関１００の回転数や燃料噴射量を変更しても良い。このようなステップＳ０１７が終了すると、ＣＰＵはステップＳ００１に戻る。
　それに対し、ＣＰＵは、ステップＳ０１５でＹＥＳと判断すれば、ステップＳ００１に戻る。即ち、ＣＰＵは、内燃機関１００の排気カムシャフト（図示せず）を進角側に回転させた状態を維持したまま、ステップＳ００１に戻る。
　また、ＣＰＵは、ステップＳ００５でＹＥＳと判断すれば、停車中の後処理装置２０４の昇温制御のために、各排気バルブ１０８の開タイミングが既に進角させられているか否かを判断する（ステップＳ００７）。
　ＣＰＵは、ステップＳ００７でＮＯと判断すれば、ステップＳ００１に戻る。
　それに対し、ＣＰＵは、ステップＳ００７でＹＥＳと判断すると、ＶＶＴ機構１１０の油圧を制御して、内燃機関１００の排気カムシャフト（図示せず）を進角側とは逆側に回転させて、ＶＶＴ機構１１０は、排気バルブ１０８の開タイミングを基準位置に戻す（ステップＳ００９）。その後、ＣＰＵはステップＳ００１に戻る。ここで、基準位置に戻された後、下死点または下死点直前の位置にピストン１１２の頂部が達した時に、排気バルブ１０８が開けられる。
　なお、本説明では、ステップＳ００９により、排気バルブ１０８の開タイミングが基準位置に戻される。この処理は、各後処理装置２０４の昇温制御の終了を意味する。従って、ステップＳ００９の終了後、ＶＶＴ機構１１０は、通常の目的で（効率的な吸排気のために）排気バルブ１０８の開閉タイミングを進角させたり遅角させたりする。
＜３．車速、排ガスの温度および開タイミングの関係（昇温システム１の作用・効果）＞
　第２欄で説明した処理により、ＥＣＵ３００は、図３に示すように、車両が一時停止している間に、排気系２００内の排ガス温度が基準温度を下回ると、内燃機関１００の動作を再開させると共に、必要に応じて、尿素水添加弁２１２から尿素水の添加を開始する。さらに、ＥＣＵ３００は、排気バルブ１０８の開タイミングを進角させる。これにより、燃焼室１０２内の排ガスは、膨張しきった状態（即ち、相対的に低温低圧の状態）で排気バルブ１０８から排気流路２０２に送り出されるのでは無く、ある程度圧縮された状態（即ち、相対的に高温高圧の状態）で排気流路２０２に送り出される。このような高温の排ガスが各後処理装置２０４に供給されるため、排気バルブ１０８を開いた後暫くすると、各後処理装置２０４（即ち、触媒）が昇温し始める。上記のような排気バルブ１０８の開タイミングは、車両が再発進するまで維持されるので、車両の再発進時、各後処理装置２０４（即ち、触媒）の温度は十分に昇温している。このように、本昇温システム１によれば、停車中にも触媒の温度を昇温可能となる。
＜４．燃費について（昇温システム１の作用・効果）＞
　本昇温システム１では、停車中に燃料が消費されることになる。しかし、発車時点で各後処理装置２０４が適切に昇温されているため、車両の再発進後すぐに、後処理装置２０４の一つであるＳＣＲ触媒２１０は排ガス中のＮＯｘを浄化することが出来る。従って、本昇温システム１は、車両の走行再開後、燃費の良い時間を多く確保でき、燃費向上が見込めるという作用・効果を奏することが出来る。
＜５．昇温システム１の作用・効果（その他）＞
　また、本昇温システム１では、排気流路２０２が断熱材２１４で覆われたり、各後処理装置２０４が内燃機関１００に近接配置されたりするため、排ガスの温度低下を抑制することが出来る。これらによっても燃費向上が見込める。
　また、本昇温システム１では、基準温度は、ＤＰＦ２０８の自己再生温度、酸化触媒２０６の活性温度およびＳＣＲ触媒２１０の活性温度のうち、最も高い温度に基づき設定される。この設定により、発車時には、全ての後処理装置２０４を十分に昇温させることが出来るというより好ましい作用・効果を奏することが出来る。
＜６．付記＞
　なお、上記では、車両は停止中、アイドリングストップを行わないとして説明した。しかし、これに限らず、車両は、停止中に、アイドリングストップを行っても構わない。この場合も、本昇温システム１は第３欄乃至第５欄に記載の作用・効果を奏する。なお、この形態の場合、ステップＳ００５でＮＯと判断されると、内燃機関１００の動作が停止するため（アイドリングストップ）、ステップＳ０１７において、内燃機関１００の動作を開始させたうえで、排気バルブ１０８の開タイミングを進角させる必要がある。
　また、上記説明において、ＤＰＦ２０８の自己再生温度、酸化触媒２０６およびＳＣＲ触媒２１０の活性温度および基準温度等は、本昇温システム１で用いられる各構成の具体的な仕様に基づき適宜適切に設定されるべきものである。
　また、上記では、内燃機関１００はディーゼルエンジンであると説明した。しかし、これに限らず、内燃機関１００はガソリンエンジンでも構わない。
　また、上記説明では、ＥＣＵ３００は、温度センサＳｅ２の検出結果に基づき排気系２００内の温度を導出していた。しかし、これに限らず、ＥＣＵ３００は、排気系２００内の温度を周知の手法で間接測定しても良い。他にも、ＥＣＵ３００は、燃料噴射量、エンジン回転数または排気ガス流量等に基づく計算で求めた推定の温度でも良い。
　本出願は、２０１６年８月２４日付で出願された日本国特許出願（特願２０１６－１６３６７１）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。
　本開示の昇温システムは、停車中にも触媒の温度を昇温可能であり、ディーゼルエンジン等を備えた車両に有用である。
　１　昇温システム
　１００　内燃機関
　１０８　排気バルブ
　２００　排気系
　２０４　後処理装置
　２１４　断熱材
　３００　ＥＣＵ（制御部）
　Ｓｅ２　温度センサ

Claims (5)

  1. 　車両に搭載される、昇温システムであって、
    　排気バルブを有する内燃機関と、
    　前記内燃機関からの排ガスを導く排気系と、
    　前記排気系内に設けられ、前記内燃機関で生じた排ガスを、触媒を用いて処理する後処理装置と、
    　前記車両が停止中に、前記排気系内の温度が予め定められた基準温度を下回ると、前記排気バルブの開タイミングを進角させる制御部と、を備えた昇温システム。
  2. 　前記制御部は、前記車両が走行を開始すると、前記排気バルブの開タイミングを進角させることを終了する、請求項１に記載の昇温システム。
  3. 　前記排気系の外周を覆う断熱材をさらに備えた、請求項１に記載の昇温システム。
  4. 　前記後処理装置は、前記排気系において前記内燃機関に近接配置される、請求項１に記載の昇温システム。
  5. 　前記後処理装置内、または前記排気系において前記後処理装置の近傍に配置された温度センサをさらに備え、
    　前記制御部は、前記温度センサの出力信号が示す温度が前記基準温度を下回ると、前記排気バルブの開タイミングを進角させる、請求項１に記載の昇温システム。
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