JP2012207582A

JP2012207582A - Engine system

Info

Publication number: JP2012207582A
Application number: JP2011073456A
Authority: JP
Inventors: 良胤 ▲高▼島; Yoshitsugu Takashima; Daiki Tanaka; 大樹田中; Shingo Yakushiji; 新吾薬師寺
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: JP5727274B2

Abstract

【課題】排ガスを良好に浄化しながらも、エンジンの運転状態を好適な状態に維持するエンジンシステムを提供する。
【解決手段】燃焼室２２にて混合気Ｍを燃焼させるエンジン２０と、燃焼室２２から排出される排ガスＥを浄化処理する触媒浄化装置３３とを備えたエンジンシステムであって、排ガス温度に対する閾値であって、排ガス温度が当該閾値よりも低くなった場合にエンジン運転状態を変更する必要が生じる閾値を、排ガス流量の減少をもたらすエンジン運転状態の変更に対応して低温側に閾値が設定されている。
【選択図】図１An engine system that maintains an engine operating state in a suitable state while purifying exhaust gas well.
An engine system including an engine (20) for combusting an air-fuel mixture (M) in a combustion chamber (22) and a catalyst purification device (33) for purifying exhaust gas (E) discharged from the combustion chamber (22), a threshold for exhaust gas temperature. In this case, a threshold value that needs to be changed when the exhaust gas temperature becomes lower than the threshold value is set on the low temperature side in response to a change in the engine operating state that causes a decrease in the exhaust gas flow rate. ing.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、燃焼室にて混合気を燃焼させるエンジンと、前記燃焼室から排出される排ガスを浄化処理する触媒浄化装置とを備えたエンジンシステムに関する。 The present invention relates to an engine system including an engine that burns an air-fuel mixture in a combustion chamber, and a catalyst purification device that purifies exhaust gas discharged from the combustion chamber.

従来、エンジンの排ガスを浄化するエンジンシステムとして、燃焼室にて混合気を燃焼させるエンジンと、当該燃焼室から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化触媒とを備えたエンジンシステムが知られている（特許文献１を参照）。
通常、特許文献１に示す様なエンジンシステムでは、エンジンは、エンジン出力（例えば、軸出力）が、要求される出力となる好適なエンジン運転状態で運転される。この好適なエンジン運転状態は、エンジンが当該出力を出す上で、エンジン特性等のエンジン側の要因からエンジン効率が最も高くできるように決定される。このとき、エンジンの排ガス温度は、エンジン出力が大きい場合に高くなり、エンジン出力が小さい場合に低くなる。そして、当該排ガスを浄化する排ガス浄化触媒の温度は、この排ガス温度に依存する。
ここで、一般的な排ガス浄化触媒は、その活性が高くなる活性温度域があり、特に、その温度が活性温度域の下限閾値を下回ると、活性が低下する。
このため、特許文献１に開示の技術では、例えば、エンジン出力を低出力側に変更する場合に、その変更に従って排ガス温度が低下し、排ガス温度が、一定値とされる排ガス浄化触媒の活性温度域の下限閾値よりも低くなる状況では、排ガス温度を排ガス浄化触媒の活性温度域の下限閾値以上とするように、エンジンの運転状態を排ガス浄化触媒側の理由から制御している。当該制御は、排ガス浄化触媒を良好に働かせるために不可避的な制御である。即ち、エンジンの運転状態を、排ガス浄化触媒の活性起因の要因により変更せざるを得ない。 2. Description of the Related Art Conventionally, as an engine system that purifies exhaust gas from an engine, an engine system that includes an engine that burns an air-fuel mixture in a combustion chamber and an exhaust gas purification catalyst that purifies exhaust gas discharged from the combustion chamber is known ( (See Patent Document 1).
Usually, in an engine system as shown in Patent Document 1, the engine is operated in a suitable engine operating state in which the engine output (for example, shaft output) is the required output. This suitable engine operating state is determined so that the engine efficiency can be maximized from factors on the engine side such as engine characteristics when the engine outputs the output. At this time, the exhaust gas temperature of the engine is high when the engine output is large, and is low when the engine output is small. The temperature of the exhaust gas purification catalyst that purifies the exhaust gas depends on the exhaust gas temperature.
Here, the general exhaust gas purifying catalyst has an active temperature range in which the activity becomes high. In particular, when the temperature falls below the lower limit threshold of the active temperature range, the activity decreases.
For this reason, in the technique disclosed in Patent Document 1, for example, when the engine output is changed to the low output side, the exhaust gas temperature is lowered according to the change, and the activation temperature of the exhaust gas purification catalyst in which the exhaust gas temperature is a constant value. In a situation where the exhaust gas temperature is lower than the lower limit threshold value of the region, the engine operating state is controlled for the reason of the exhaust gas purification catalyst side so that the exhaust gas temperature is equal to or higher than the lower threshold value of the activation temperature region of the exhaust gas purification catalyst. This control is unavoidable in order to make the exhaust gas purification catalyst work well. In other words, the operating state of the engine has to be changed due to a factor resulting from the activity of the exhaust gas purification catalyst.

特開昭６１−８７９４５号公報JP-A-61-87945

上記特許文献１に開示の技術では、上述のように、排ガス温度が排ガス浄化触媒の活性温度域の下限閾値よりも低くなった場合、エンジンの運転状態を変更する必要が生じ、必ずしも、このような場合に、出力とエンジンの運転状態とが好適な関係に維持されるとは言えない。即ち、エンジン効率の高い状態で常にエンジンを運転できているわけではない。 In the technique disclosed in Patent Document 1, as described above, when the exhaust gas temperature becomes lower than the lower limit threshold value of the activation temperature range of the exhaust gas purification catalyst, it is necessary to change the operating state of the engine. In such a case, it cannot be said that the output and the operating state of the engine are maintained in a suitable relationship. That is, the engine is not always operated with high engine efficiency.

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、排ガスを良好に浄化しながらも、エンジンの運転状態を好適な状態に維持することができるエンジンシステムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an engine system that can maintain the operating state of the engine in a suitable state while purifying exhaust gas well. is there.

上記目的を達成するためのエンジンシステムは、燃焼室にて混合気を燃焼させるエンジンと、前記燃焼室から排出される排ガスを浄化処理する触媒浄化装置とを備えたエンジンシステムであって、その特徴構成は、
排ガス温度に対する閾値であって、前記排ガス温度が当該閾値よりも低くなった場合にエンジン運転状態を変更する必要が生じる閾値を、排ガス流量の減少をもたらす前記エンジン運転状態の変更に対応して低温側に設定する点にある。
即ち、排ガス流量の減少をもたらすエンジン運転状態の変更に対して、前記閾値は、低温側に設定される。ここで、この閾値の低温側への変更下限は、新たに設定される低温側の閾値の温度で、排ガス浄化触媒を活性が低下した状態で使用したとしても、エンジン運転状態の変更後の状態で、排出されてくる排ガスの浄化が可能な下限温度となる。 An engine system for achieving the above object is an engine system comprising an engine that burns an air-fuel mixture in a combustion chamber, and a catalyst purification device that purifies exhaust gas discharged from the combustion chamber. The configuration is
A threshold value for the exhaust gas temperature, which needs to be changed when the exhaust gas temperature becomes lower than the threshold value, is a low temperature corresponding to the change in the engine operating state that causes a reduction in the exhaust gas flow rate. The point is to set on the side.
That is, the threshold value is set on the low temperature side in response to a change in the engine operating state that causes a decrease in the exhaust gas flow rate. Here, the lower limit for changing the threshold value to the low temperature side is the newly set low temperature side threshold temperature, even if the exhaust gas purification catalyst is used in a state in which the activity is lowered, the state after the change of the engine operating state Thus, the temperature becomes a lower limit temperature at which the exhaust gas discharged can be purified.

排ガス流量の減少をもたらすエンジン運転状態の変更の代表例を「出力の低下」として本願を説明すると、出力の低下に伴って閾値は低下側に設定される。即ち、一般に出力の低下は、エンジンにおける燃料燃焼量の低下に繋がり、排ガス温度の低下に繋がる。そして、従来のように、閾値を一定値としておいた場合、この一定閾値より排ガス温度が低下した場合に、エンジンの運転状態を、排ガス浄化触媒を良好に働かせるために変更することが必要となる。即ち、エンジンの運転状態が排ガス浄化触媒起因の要因に基づいて決定せざるを得なくなる。
これに対して、本願においては、出力の低下を行った場合、閾値も低下させるため、排ガス温度が低下したとしても、排ガス温度が閾値を下回る状態の発生が遅れる。
結果、出力の低下変更に対応して、閾値を一定値としていた場合に排ガス温度が閾値以下となる出力範囲でも、エンジンの運転状態をその要因に基づいて変更する必要はなくなり、エンジン特性から決定される好適なエンジン運転状態でエンジンの運転を継続することができ、排ガスを良好に浄化しながらも、エンジンの運転状態を好適な状態に維持することができる。換言すると、この状態におけるエンジンの運転状態の選択性が広がる。 If the present application is described as a representative example of a change in the engine operating state that causes a decrease in the exhaust gas flow rate, “a decrease in output”, the threshold is set to a decrease side as the output decreases. That is, generally, a decrease in output leads to a decrease in the amount of fuel combustion in the engine, leading to a decrease in exhaust gas temperature. When the threshold value is set to a constant value as in the prior art, when the exhaust gas temperature falls below this fixed threshold value, it is necessary to change the operating state of the engine in order to make the exhaust gas purification catalyst work well. . In other words, the operating state of the engine has to be determined based on factors originating from the exhaust gas purification catalyst.
On the other hand, in the present application, when the output is reduced, the threshold value is also reduced. Therefore, even if the exhaust gas temperature is lowered, the occurrence of the state where the exhaust gas temperature is lower than the threshold value is delayed.
As a result, in response to changes in the output, even when the threshold value is constant, even in the output range where the exhaust gas temperature is below the threshold value, it is no longer necessary to change the engine operating state based on that factor, and it is determined from the engine characteristics. The engine operation can be continued in a suitable engine operation state, and the engine operation state can be maintained in a suitable state while purifying exhaust gas well. In other words, the selectivity of the engine operating state in this state is expanded.

このようなことが可能となる理由は、触媒の浄化量は、処理対象の排ガス量と触媒量との関係に基づいて決定されるが、本件においては、上に説明した出力を低下側に変更する場合のように排ガス流量が低下する状況においては、排ガス浄化触媒により浄化すべき処理量が低下しているため、触媒活性の指標である、所謂、ＳＶ値（（処理する排ガス量Ｎｍ³／ｈ）／（触媒量ｍ³））自体が低下し、触媒の活性が低下した領域でもその浄化処理を良好に行えるためである。 The reason why this is possible is that the amount of purification of the catalyst is determined based on the relationship between the amount of exhaust gas to be treated and the amount of catalyst, but in this case, the output described above is changed to the lower side. In the situation where the exhaust gas flow rate is reduced as in the case where the exhaust gas purification is performed, since the processing amount to be purified by the exhaust gas purification catalyst is reduced, the so-called SV value ((exhaust gas amount to be treated Nm ³ / This is because h) / (catalyst amount m ³ )) itself decreases and the purification treatment can be performed well even in a region where the activity of the catalyst is decreased.

本発明のエンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記排ガス流量の減少をもたらす前記エンジン運転状態の変更が、出力の低下側への変更、エンジン回転速度の低速側への変更もしくは、スロットルバルブの閉側への変更の何れか一つ以上であり、前記何れか一つ以上の変更をおこなった場合に、低温側に前記閾値が設定されている点にある。 A further characteristic configuration of the engine system of the present invention is as follows.
The change in the engine operating state that causes the exhaust gas flow rate to decrease is one or more of a change to a lower output side, a change to a lower engine speed, or a change to a throttle valve closing side. The threshold value is set on the low temperature side when any one or more of the changes are made.

上記特徴構成によれば、出力の低下側への変更、エンジン回転速度の低速側への変更もしくは、スロットルバルブの閉側への変更を行った場合、本願が問題とする排ガス流量の低下が発生する。従って、先に説明したように、このように排ガス流量が低下した場合、浄化処理対象の排ガス流量が低下しているのであるから、触媒の活性が低下した状態でも良好に排ガスを処理できる。結果、排ガスを良好に浄化しながらも、エンジンの運転状態を好適な状態に維持することができる。換言すると、この状態におけるエンジンの運転状態の選択性が広がる。 According to the above characteristic configuration, when the output is changed to the lower side, the engine speed is changed to the lower side, or the throttle valve is changed to the closed side, the exhaust gas flow rate that is a problem of the present application is reduced. To do. Therefore, as described above, when the exhaust gas flow rate is reduced in this way, the exhaust gas flow rate to be purified is reduced, so that the exhaust gas can be treated well even when the activity of the catalyst is reduced. As a result, the operating state of the engine can be maintained in a suitable state while purifying the exhaust gas well. In other words, the selectivity of the engine operating state in this state is expanded.

本発明のエンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記触媒浄化装置に設けられた触媒は、前記排ガスを三元触媒方式で浄化する三元触媒であり、
前記閾値は、前記三元触媒の下限側の温度の閾値である触媒下限閾値である点にある。 A further characteristic configuration of the engine system of the present invention is as follows.
The catalyst provided in the catalyst purification device is a three-way catalyst that purifies the exhaust gas by a three-way catalyst method,
The threshold value is a catalyst lower limit threshold value that is a temperature threshold value on the lower limit side of the three-way catalyst.

上記特徴構成によれば、触媒を、排ガスを三元触媒方式で浄化する三元触媒とし、閾値を三元触媒の下限側の温度の閾値である触媒下限閾値に設定することで、比較的温度条件の厳しい三元触媒において、その触媒下限閾値を排ガス流量に対応させて適切に設定することで、三元触媒を、排ガスを浄化することができるように、適切に働かせることができる。 According to the above characteristic configuration, the catalyst is a three-way catalyst that purifies exhaust gas by the three-way catalyst method, and the threshold value is set to the catalyst lower limit threshold value that is the lower temperature threshold value of the three-way catalyst. In a three-way catalyst having severe conditions, the three-way catalyst can be appropriately operated so that the exhaust gas can be purified by appropriately setting the catalyst lower limit threshold value corresponding to the exhaust gas flow rate.

本発明のエンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記燃焼室から排出された前記排ガスを前記燃焼室に還流させるＥＧＲ手段が設けられ、高出力領域において前記ＥＧＲ手段を働かせて、当該高出力領域において排ガス流量を一定に維持する構成とされるとともに、前記高出力領域より出力が低い低出力領域において、前記ＥＧＲ手段を運転したまま出力低下に伴って排ガス流量が低下される構成とされ、
前記閾値が、前記高出力領域で一定に、前記低出力領域で、前記高出力領域における一定値から出力低下に伴って低下されている点にある。 A further characteristic configuration of the engine system of the present invention is as follows.
EGR means for recirculating the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the combustion chamber is provided, and the EGR means is operated in the high output region to maintain the exhaust gas flow rate constant in the high output region. In the low output region where the output is lower than the high output region, the exhaust gas flow rate is reduced as the output decreases while the EGR means is operated.
The threshold value is that the threshold value is decreased as the output decreases from a constant value in the high output region in the low output region.

この構成では、高出力領域、低出力領域の両方で、ＥＧＲ手段を働かせて排ガスの保有する熱を利用してエンジン効率を高い状態に維持する。ここで、低出力領域では出力の低下に伴って排ガス流量が低下される。この状態で、排ガス温度も低下することとなる。 In this configuration, the engine efficiency is maintained at a high level by using the heat of the exhaust gas by operating the EGR means in both the high output region and the low output region. Here, in the low output region, the exhaust gas flow rate is reduced as the output decreases. In this state, the exhaust gas temperature also decreases.

高出力領域のように、排ガス流量が一定で出力が下がる条件では触媒の閾値を一定にする。一方、この高出力領域より出力が低い低出力領域においては排ガス温度が出力の低下に伴って低下するため閾値自体を出力の低下に伴って低下させる。結果、低出力領域においては閾値が低下されるため、これまで説明してきたように触媒の活性が低下した状態でも低下した流量の排ガスを充分浄化できる。よって、この領域におけるエンジンの運転状態を、排ガス浄化触媒側の要因を考慮することなく決定することができ、エンジン運転状態の選択性が向上する。 As in the high output region, the catalyst threshold is kept constant under conditions where the exhaust gas flow rate is constant and the output decreases. On the other hand, in the low output region where the output is lower than the high output region, the exhaust gas temperature decreases as the output decreases, so the threshold value itself decreases as the output decreases. As a result, since the threshold value is lowered in the low output region, the exhaust gas having the reduced flow rate can be sufficiently purified even when the activity of the catalyst is reduced as described above. Therefore, the engine operating state in this region can be determined without considering the factor on the exhaust gas purification catalyst side, and the selectivity of the engine operating state is improved.

本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an engine system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態に係る閾値設定を説明するためのグラフ図である。It is a graph for demonstrating the threshold value setting which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the engine system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態に係る閾値設定を説明するためのグラフ図である。It is a graph for demonstrating the threshold value setting which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

〔第１実施形態〕
本願の第１実施形態に係るエンジンシステムを、図１、２に基づいて説明する。
本発明に係るエンジンシステムは、エンジン運転状態を好適な状態に維持しながらも、触媒にて適切な浄化性能を発揮させるべく、排ガス温度に対する閾値であって、排ガス温度が当該閾値よりも低くなった場合にエンジン運転状態を変更する必要が生じる閾値を、排ガス流量の減少を発生するエンジン運転状態の変更に対応して低温側に設定する点に特徴がある。
そこで、以下では、図１、２に基づいて、エンジンシステムの基本構成について説明した後、排ガス温度に対する閾値の設定について説明する。 [First Embodiment]
An engine system according to a first embodiment of the present application will be described with reference to FIGS.
The engine system according to the present invention is a threshold for the exhaust gas temperature so that an appropriate purification performance is exhibited by the catalyst while maintaining the engine operating state in a suitable state, and the exhaust gas temperature is lower than the threshold. In this case, the threshold value at which the engine operating state needs to be changed is set to the low temperature side in response to the change of the engine operating state that causes the exhaust gas flow rate to decrease.
Therefore, in the following, the basic configuration of the engine system will be described with reference to FIGS.

図１に示すエンジンシステムは、混合気Ｍを圧縮して燃焼させる燃焼室２２と、当該燃焼室２２から排出された排ガスＥを三元触媒方式で処理する三元触媒を備えた三元触媒部３３（本願における触媒浄化装置）とを備え、燃焼室２２において混合気Ｍをストイキ燃焼させ、当該ストイキ燃焼において燃焼室２２から排出された排ガスＥを三元触媒部３３に通流させて浄化処理するように構成されている。 The engine system shown in FIG. 1 includes a three-way catalyst unit including a combustion chamber 22 that compresses and burns an air-fuel mixture M, and a three-way catalyst that processes exhaust gas E discharged from the combustion chamber 22 in a three-way catalyst system. 33 (catalyst purification device in the present application), the mixture M is stoichiometrically combusted in the combustion chamber 22, and the exhaust gas E discharged from the combustion chamber 22 in the stoichiometric combustion is passed through the three-way catalyst unit 33 for purification treatment Is configured to do.

エンジン２０は、ピストン２４をシリンダ内で往復運動させると共に、吸気バルブ２１及び排気バルブ２５を開閉動作させて、燃焼室２２において吸気、圧縮、燃焼・膨張、排気の諸行程を行い、ピストン２４の往復動を連結棒によってクランク軸の回転運動として出力するように構成されており、かかる構成は通常の４ストロークエンジンと変りはない。また、燃焼室２２では、燃焼室２２に導かれる混合気Ｍに火花点火方式にて点火するように点火プラグ２３が設けられている。当該点火プラグ２３による火花点火のタイミングを変更することにより、点火時期が制御可能に構成されており、当該点火時期の制御等により、エンジンの回転速度を変更可能になっている。
尚、図示は省略するが、エンジン２０の回転速度は、クランク角センサにて検出可能に構成されており、検出した回転速度は制御装置４０に送られる。 The engine 20 reciprocates the piston 24 in the cylinder, and opens and closes the intake valve 21 and the exhaust valve 25 to perform intake, compression, combustion / expansion, and exhaust strokes in the combustion chamber 22. The reciprocating motion is output as a rotational motion of the crankshaft by the connecting rod, and this configuration is not different from a normal 4-stroke engine. In the combustion chamber 22, a spark plug 23 is provided so as to ignite the air-fuel mixture M guided to the combustion chamber 22 by a spark ignition method. The ignition timing can be controlled by changing the timing of spark ignition by the ignition plug 23, and the engine speed can be changed by controlling the ignition timing.
Although not shown, the rotational speed of the engine 20 is configured to be detected by a crank angle sensor, and the detected rotational speed is sent to the control device 40.

燃焼室２２に吸気バルブ２１を介して接続された吸気路１０には、当該吸気路１０を縮径させたベンチュリ構造を有するミキサ１３が設けられている。当該ミキサ１３は、吸気路１０を通流する空気Ａが上記ベンチュリ構造を高速で通過することで圧力低下を発生させ、この圧力低下を利用して、気体燃料である都市ガス（１３Ａ）である燃料Ｇを、吸気路１０を通流する空気Ａに供給して、吸気路１０に混合気Ｍを形成するように構成されている。即ち、ミキサ１３は、当該空気Ａの流量に略比例した状態で燃料Ｇを供給可能になっている。
さらに、このミキサ１３に燃料Ｇを導く燃料供給路１４には、ミキサ１３への燃料供給量を調整可能な燃料制御弁１２が設けられている。即ち、燃料制御弁１２の開度を制御することで、吸気路１０に導かれる燃料Ｇの流量を変更可能に構成されている。 The intake passage 10 connected to the combustion chamber 22 via the intake valve 21 is provided with a mixer 13 having a venturi structure in which the diameter of the intake passage 10 is reduced. The mixer 13 is a city gas (13A), which is a gaseous fuel, using the pressure drop as a result of the air A flowing through the intake passage 10 passing through the venturi structure at a high speed. The fuel G is supplied to the air A flowing through the intake passage 10 to form an air-fuel mixture M in the intake passage 10. That is, the mixer 13 can supply the fuel G in a state substantially proportional to the flow rate of the air A.
Further, a fuel control valve 12 capable of adjusting the amount of fuel supplied to the mixer 13 is provided in the fuel supply path 14 that guides the fuel G to the mixer 13. That is, the flow rate of the fuel G guided to the intake passage 10 can be changed by controlling the opening degree of the fuel control valve 12.

吸気路１０のミキサ１３の上流側には、吸気路１０を通流する空気Ａの流量を調整可能なスロットルバルブ１１が設けられている。当該スロットルバルブ１１の開度を閉側に設定することにより、その下流側に導かれる空気Ａの流量が減少し、開き側に設定することにより、その下流側に導かれる空気Ａの流量が増加する。 A throttle valve 11 capable of adjusting the flow rate of the air A flowing through the intake passage 10 is provided on the upstream side of the mixer 13 in the intake passage 10. By setting the opening of the throttle valve 11 to the closed side, the flow rate of the air A guided to the downstream side is decreased, and by setting the opening degree to the open side, the flow rate of the air A guided to the downstream side is increased. To do.

燃焼室２２に排気バルブ２５を介して接続された排気路３０には、当該排気路３０を通流する排ガス流量を測定する排ガス流量センサ３１が設けられている。
排ガス流量センサ３１の下流側には、排ガスＥを三元触媒方式で浄化処理する三元触媒部３３が設けられている。制御装置４０は、当該排ガス流量センサ３１の測定結果に基づいて、閾値の設定を実行する。ここで、使用する排ガス流量と閾値との関係は、図２に示す触媒下限閾値Ｃ１と排ガス流量Ｌとの関係である。
三元触媒部３３は、理論空燃比の排ガスＥ、即ち含有する酸化性成分と還元性成分とが釣り合った状態である排ガスＥを、三元触媒に通流させて、その排ガスＥに含まれるＮＯｘ、ＣＯ、及びＨＣを同時除去するように構成されている。上記三元触媒としては、白金やロジウムを含む触媒等の公知の三元触媒を利用することができる。
三元触媒は、その温度が、触媒上限閾値より高くとなると劣化してしまい、触媒下限閾値未満となると活性が低下して処理できる排ガス流量が減少する。そこで、三元触媒部３３には、その温度を測定する温度センサ３２が設けられており、制御装置４０は、当該温度センサ３２の温度に基づいて、三元触媒部３３の温度が、本願の閾値である触媒下限閾値Ｃ１よりも低くなった場合に、排ガス温度を上昇させるようにエンジン運転状態を制御する。 The exhaust passage 30 connected to the combustion chamber 22 via the exhaust valve 25 is provided with an exhaust gas flow rate sensor 31 for measuring the exhaust gas flow rate flowing through the exhaust passage 30.
A three-way catalyst unit 33 that purifies the exhaust gas E by a three-way catalyst system is provided on the downstream side of the exhaust gas flow rate sensor 31. The control device 40 executes threshold setting based on the measurement result of the exhaust gas flow rate sensor 31. Here, the relationship between the exhaust gas flow rate to be used and the threshold value is the relationship between the catalyst lower limit threshold value C1 and the exhaust gas flow rate L shown in FIG.
The three-way catalyst unit 33 allows the exhaust gas E having a stoichiometric air-fuel ratio, that is, the exhaust gas E in a state where the oxidizing component and the reducing component contained therein are balanced, to flow through the three-way catalyst, and is included in the exhaust gas E. It is configured to remove NOx, CO, and HC simultaneously. As the three-way catalyst, a known three-way catalyst such as a catalyst containing platinum or rhodium can be used.
The three-way catalyst deteriorates when its temperature becomes higher than the catalyst upper limit threshold, and when it falls below the catalyst lower limit threshold, the activity decreases and the exhaust gas flow rate that can be processed decreases. Therefore, the three-way catalyst unit 33 is provided with a temperature sensor 32 that measures the temperature, and the control device 40 determines that the temperature of the three-way catalyst unit 33 is based on the temperature of the temperature sensor 32. When it becomes lower than the catalyst lower limit threshold C1, which is the threshold, the engine operating state is controlled so as to raise the exhaust gas temperature.

エンジン運転状態は、エンジン出力（例えば、軸出力）が要求される出力となる好適な条件で制御される。
当該エンジン運転状態の制御は、主に、出力の変更をもたらす燃料供給量の変更、エンジン回転速度の変更、スロットルバルブ１１の開度の変更にて行われる。
ここで、出力の変更は、主に燃料制御弁１２の開度を変更することにより、燃焼室２２に導かれる燃料Ｇの流量を制御することにより、実現できる。
また、エンジン回転速度の変更は、燃料制御弁１２、吸気バルブ２１、排気バルブ２５の開閉時期、点火プラグ２３による点火時期を変更すること等により、実現できる。
スロットルバルブ１１の開度の変更は、燃料供給量の変更に伴って、燃焼室２２に供給される燃料を適切な空燃比で燃焼すべく、当該燃料供給量の変更に対応して行われる。
本例では、三元触媒を利用して排ガス浄化を行うため、空気過剰率λ（実際に燃焼室に供給される空気量／燃料量に対応した理論空気量）を１とする空燃比制御が下記する制御装置４０で実行される。 The engine operating state is controlled under suitable conditions that provide an output that requires an engine output (for example, shaft output).
The control of the engine operating state is mainly performed by changing the fuel supply amount that causes the output to change, changing the engine rotation speed, and changing the opening of the throttle valve 11.
Here, the change of the output can be realized by controlling the flow rate of the fuel G guided to the combustion chamber 22 mainly by changing the opening degree of the fuel control valve 12.
Also, the engine speed can be changed by changing the opening / closing timing of the fuel control valve 12, the intake valve 21, the exhaust valve 25, the ignition timing by the spark plug 23, and the like.
The opening of the throttle valve 11 is changed in response to the change in the fuel supply amount so that the fuel supplied to the combustion chamber 22 is combusted at an appropriate air-fuel ratio as the fuel supply amount is changed.
In this example, since exhaust gas purification is performed using a three-way catalyst, air-fuel ratio control is performed with an excess air ratio λ (the amount of air actually supplied to the combustion chamber / theoretical air amount corresponding to the fuel amount) being 1. It is executed by the control device 40 described below.

さらに、制御装置４０は、エンジン運転状態を好適な状態に維持しながらも、比較的出力が低い低出力領域でも三元触媒部３３にて適切に排ガスを浄化すべく、以下のような制御を行っている。
即ち、制御装置４０は、図２に示すように、排ガス温度に対する閾値であって、排ガス温度が当該閾値よりも低くなった場合にエンジン運転状態を変更する必要が生じる閾値として、三元触媒部３３に設けられている三元触媒の触媒下限閾値Ｃ１を、三元触媒部３３に導かれる排ガス流量の減少をもたらすエンジン運転状態の変更に対応して低温側に設定している。
この例では、出力の全領域で、出力の低下に伴って閾値が低下設定されている。
ここで、三元触媒部３３に導かれる排ガスＥの流量の減少を発生するエンジン運転状態の変更とは、エンジン出力の低下側への変更、エンジン回転速度の低速側への変更、スロットルバルブ１１の閉側への変更のいずれか一つ以上である。 Further, the control device 40 performs the following control in order to appropriately purify the exhaust gas in the three-way catalyst unit 33 even in a low output region where the output is relatively low while maintaining the engine operating state in a suitable state. Is going.
That is, as shown in FIG. 2, the control device 40 is a threshold for the exhaust gas temperature, and when the exhaust gas temperature becomes lower than the threshold, the three-way catalyst unit needs to change the engine operating state. The catalyst lower limit threshold C1 of the three-way catalyst provided at 33 is set to the low temperature side in response to a change in the engine operating state that causes a reduction in the exhaust gas flow rate led to the three-way catalyst unit 33.
In this example, the threshold value is set to decrease as the output decreases in the entire output region.
Here, the change in the engine operating state that causes a decrease in the flow rate of the exhaust gas E guided to the three-way catalyst unit 33 is a change to a decrease side of the engine output, a change to the low speed side of the engine rotation speed, and the throttle valve 11. Any one or more of the changes to the closed side.

上述のように、三元触媒の触媒下限閾値Ｃ１が設定されていることにより、エンジン運転状態は、排ガス浄化触媒の状態に影響を受けることなく、エンジン特性等から見て、エンジンに要求出力に適したエンジン運転状態を選択できる。
以下、本発明と従来技術とを比較して、排ガス温度に対する閾値であって、排ガス温度が当該閾値よりも低くなった場合にエンジン運転状態を変更する必要が生じる閾値と、排ガス温度、排ガス流量との関係について説明する。
〔本発明の構成〕
本発明においては、図２に示すように、出力の低下を行った場合、触媒下限閾値Ｃ１は予め低下設定される。この状況では、出力の低下に伴って、排ガス温度（図２で直線Ｔ）が低下するが、このように低下したとしても、排ガス温度が触媒下限閾値Ｃ１を下回ることはない。即ち、排ガス温度が触媒下限閾値Ｃ１を下回る状態の発生が遅れる。
結果、触媒を適切に働かせて排ガスを良好に浄化しながらも、エンジンの運転状態をエンジン特性に応じた好適な状態で使用できる。換言すると、この状態におけるエンジンの運転状態の選択性が広がる。即ち、エンジンをより効率のよい状態で運転できる。
〔特許文献１に示す従来技術の場合〕
図２に、一点鎖線で従来技術における触媒下限閾値Ｃ２を示した。触媒下限閾値Ｃ２は、出力の低下変更に拘らず従来は一定である。一般に、出力の低下は、エンジン２０における燃料燃焼量の低下に繋がり、排ガス温度（図２で直線Ｔ）の低下に繋がる。触媒下限閾値Ｃ２を一定としておいた場合、この一定閾値より排ガス温度が低下した場合（同図においてＰ点より右側に出力が低下した場合）に、エンジンの運転状態を、触媒を良好に働かせるために変更する必要が生じる。具体的には、エンジンの運転状態を、排ガス温度Ｔが一定の触媒下限閾値Ｃ２（図２で直線Ｃ２）より高くなるように、変更する。
このような変更は、エンジン性能自体に基づいた運転状態の変更とは言えず、排ガス浄化触媒要因の制約を受けた運転状態の変更と言え、事実上、エンジン運転状態の選択性が規制を受けることとなり、必ずしもエンジンをより効率のよい状態で運転できるとはかぎらない。 As described above, since the catalyst lower limit threshold value C1 of the three-way catalyst is set, the engine operation state is not affected by the state of the exhaust gas purification catalyst, and the engine output becomes the required output in view of the engine characteristics and the like. Appropriate engine operating conditions can be selected.
Hereinafter, comparing the present invention with the prior art, the threshold for the exhaust gas temperature, the threshold at which the engine operating state needs to be changed when the exhaust gas temperature becomes lower than the threshold, the exhaust gas temperature, and the exhaust gas flow rate. Will be described.
[Configuration of the present invention]
In the present invention, as shown in FIG. 2, when the output is lowered, the catalyst lower limit threshold C1 is set to be lowered in advance. In this situation, the exhaust gas temperature (straight line T in FIG. 2) decreases as the output decreases, but even if it decreases in this way, the exhaust gas temperature does not fall below the catalyst lower limit threshold C1. That is, the occurrence of the state where the exhaust gas temperature is lower than the catalyst lower limit threshold C1 is delayed.
As a result, it is possible to use the engine in a suitable state according to the engine characteristics while appropriately purifying the exhaust gas by appropriately operating the catalyst. In other words, the selectivity of the engine operating state in this state is expanded. That is, the engine can be operated in a more efficient state.
[In the case of the prior art shown in Patent Document 1]
In FIG. 2, the catalyst lower limit threshold value C2 in the prior art is shown by a one-dot chain line. The catalyst lower limit threshold C2 is conventionally constant regardless of the change in the output decrease. In general, a decrease in output leads to a decrease in the amount of fuel combustion in the engine 20 and a decrease in exhaust gas temperature (straight line T in FIG. 2). When the catalyst lower limit threshold C2 is kept constant, when the exhaust gas temperature falls below this constant threshold (when the output falls to the right from the point P in the figure), the engine operating condition is set to work well for the catalyst. Need to be changed to Specifically, the operating state of the engine is changed so that the exhaust gas temperature T becomes higher than a certain catalyst lower limit threshold C2 (straight line C2 in FIG. 2).
Such a change cannot be said to be a change in the operating state based on the engine performance itself, but can be said to be a change in the operating state that is restricted by the factors of the exhaust gas purification catalyst. In effect, the selectivity of the engine operating state is regulated. As a result, it is not always possible to operate the engine in a more efficient state.

〔第２実施形態〕
当該第２実施形態は、燃焼室２２から排出された排ガスＥを燃焼室２２に還流させるＥＧＲ流路（排ガス再循環流路）５０及びＥＧＲ量（排ガス再循環量）を制御するＥＧＲ制御弁（排ガス再循環制御弁）５１（ＥＧＲ手段（排ガス再循環手段）の一例）を設けた構成において、三元触媒の触媒下限閾値Ｃ１の設定に関するものである。
そこで、以下では、ＥＧＲ（排ガス再循環）に関連する部分について、重点的に説明し、上記第１実施形態と同様の構成、及び同様の制御については、説明を割愛することがある。 [Second Embodiment]
In the second embodiment, an EGR flow path (exhaust gas recirculation flow path) 50 that recirculates the exhaust gas E discharged from the combustion chamber 22 to the combustion chamber 22 and an EGR control valve that controls an EGR amount (exhaust gas recirculation amount) ( In the configuration provided with the exhaust gas recirculation control valve) 51 (an example of EGR means (exhaust gas recirculation means)), the present invention relates to the setting of the catalyst lower limit threshold C1 of the three-way catalyst.
Therefore, in the following, portions related to EGR (exhaust gas recirculation) will be mainly described, and description of the same configuration and similar control as in the first embodiment may be omitted.

図３に示すように、ＥＧＲ流路５０は、排気路３０で三元触媒部３３の下流側の空間と、吸気路１０のミキサ１３と吸気バルブ２１との間の空間とを連通するように設けられている。これにより、排気路３０に排出された排ガスＥの一部を、このＥＧＲ流路５０及び吸気路１０を通じて燃焼室２２に再循環する所謂ＥＧＲを行う。更に、このＥＧＲ流路５０にはＥＧＲ制御弁５１が設けられており、このＥＧＲ制御弁５１の開度調整により、燃焼室２２への排ガスＥの供給量、すなわちＥＧＲ量を調整する。
当該ＥＧＲ流路５０及びＥＧＲ制御弁５１にて、ＥＧＲを実行することにより、燃焼室２２には、新気（空気Ａ及び燃料Ｇ）と排ガスＥとの混合気Ｍが導かれることとなり、ＥＧＲを実行しない場合に比較すると、結果的に、１サイクル当りに燃焼室２２に導かれる新気の流量が減少するため、その出力は低減する。
即ち、制御装置４０は、ＥＧＲを実行するように、ＥＧＲ制御弁５１を制御することにより、エンジン２０の出力を低減する制御を実行できる。 As shown in FIG. 3, the EGR channel 50 communicates the space downstream of the three-way catalyst unit 33 in the exhaust passage 30 and the space between the mixer 13 and the intake valve 21 in the intake passage 10. Is provided. Thus, so-called EGR is performed in which a part of the exhaust gas E discharged to the exhaust passage 30 is recirculated to the combustion chamber 22 through the EGR passage 50 and the intake passage 10. Further, an EGR control valve 51 is provided in the EGR flow path 50, and the supply amount of the exhaust gas E to the combustion chamber 22, that is, the EGR amount is adjusted by adjusting the opening of the EGR control valve 51.
By executing EGR in the EGR flow path 50 and the EGR control valve 51, the mixture M of fresh air (air A and fuel G) and exhaust gas E is guided to the combustion chamber 22, and EGR As a result, the flow rate of fresh air led to the combustion chamber 22 per cycle is reduced, and therefore the output is reduced.
That is, the control device 40 can execute control for reducing the output of the engine 20 by controlling the EGR control valve 51 so as to execute EGR.

第２実施形態においても、制御装置４０は、図４に示すように、三元触媒の触媒下限閾値Ｃ１を、三元触媒部３３に導かれる排ガス流量の減少をもたらすエンジン運転状態の変更に対応して低温側に設定する領域（低出力領域）を設けている。
図４に示すように、第２実施形態において出力領域は出力が高い高出力領域と、その高出力領域より出力が低い低出力領域とに分けられている。そして、上記のＥＧＲ手段のそれら両領域で働かせる構成を採用する。結果、エンジンを効率よく運転できる。
そして、高出力領域においては、ＥＧＲ手段が働く状態で排ガス流量を一定に維持する運転を実行する。一方、低出力領域においては、前記ＥＧＲ手段を運転したまま出力低下に伴って排ガス流量が低下される運転を実行する。この低出力領域は、新気の流量減少度合いが大きく、ＥＧＲを行ったとしても、排ガス流量が全体として低下する領域である。即ち、ＥＧＲ流量の増加のみでは達成できない低出力を、エンジン回転速度の低速側の変更、及びスロットルバルブ１１の閉側への変更により達成する領域である。
そして、高出力領域では、前記閾値が一定に、低出力領域では、前記高出力領域における一定値から出力低下に伴って低下される構成が採用されている。 Also in the second embodiment, as shown in FIG. 4, the control device 40 corresponds to a change in the engine operating state that causes the catalyst lower limit threshold C <b> 1 of the three-way catalyst to decrease the exhaust gas flow rate led to the three-way catalyst unit 33. Thus, an area to be set on the low temperature side (low output area) is provided.
As shown in FIG. 4, in the second embodiment, the output region is divided into a high output region where the output is high and a low output region where the output is lower than the high output region. And the structure which works in both these area | regions of said EGR means is employ | adopted. As a result, the engine can be operated efficiently.
In the high output region, an operation for maintaining the exhaust gas flow rate constant with the EGR means working is executed. On the other hand, in the low output region, an operation is performed in which the exhaust gas flow rate is reduced as the output decreases while the EGR means is operated. This low output region is a region where the flow rate of fresh air is greatly reduced and the exhaust gas flow rate decreases as a whole even if EGR is performed. That is, this is a region in which low output that cannot be achieved only by increasing the EGR flow rate is achieved by changing the engine speed to the low speed side and changing the throttle valve 11 to the closed side.
In the high output region, a configuration is adopted in which the threshold value is constant, and in the low output region, the threshold value is decreased as the output decreases from a constant value in the high output region.

以下、さらに詳細に説明する。
〔エンジン運転状態の変更：ＥＧＲの流量増加〕
図４の点線の左側に示す高出力領域では、出力を低下させるのに、エンジン運転状態の変更として、ＥＧＲ流量の増加を実行する。この状態では、スロットルバルブ１１の開度が一定でエンジンの回転速度は保持される。このとき、ＥＧＲ流量が増加した分だけ、新気の流量は減少することになるが、新気は、ベンチュリーミキサー１３により空気過剰率λ（実際に燃焼室に供給される空気量／燃料量に対応した理論空気量）が１に保たれた状態で、供給される。ＥＧＲの流量の増加により、三元触媒部３３に導かれる排ガスＥの流量は実質的に一定（図４で点線の左側の直線Ｌ）に維持される。このため、当該エンジン運転状態の変更は、排ガス流量の減少をもたらすエンジン運転状態の変更に該当しないため、三元触媒の触媒下限閾値Ｃ１は一定（図４で点線の左側の直線Ｃ１）としている。
これにより、第２実施形態のエンジンシステムにあっては、高出力領域では、三元触媒の触媒下限閾値Ｃ１は、従来技術の触媒の触媒下限閾値Ｃ２と同じく、一定の値とする。
即ち、エンジン２０の出力が比較的高い場合であって、排ガス温度が触媒下限閾値Ｃ１よりも十分に高いときには、ＥＧＲにてエンジン２０の出力を低下させることで、従来型の閾値設定とするだけで、排ガスの浄化を適切に行なえる。 This will be described in more detail below.
[Change in engine operating state: EGR flow increase]
In the high output region shown on the left side of the dotted line in FIG. 4, in order to decrease the output, an increase in the EGR flow rate is executed as a change in the engine operating state. In this state, the opening degree of the throttle valve 11 is constant and the engine speed is maintained. At this time, the flow rate of fresh air decreases by the amount of increase in the EGR flow rate. However, the fresh air is supplied to the excess air ratio λ (the amount of air actually supplied to the combustion chamber / the amount of fuel by the venturi mixer 13). It is supplied in a state where the corresponding theoretical air amount is kept at 1. Due to the increase in the flow rate of EGR, the flow rate of the exhaust gas E guided to the three-way catalyst unit 33 is maintained substantially constant (straight line L on the left side of the dotted line in FIG. 4). For this reason, the change in the engine operating state does not correspond to the change in the engine operating state that causes the exhaust gas flow rate to decrease, and therefore the catalyst lower limit threshold C1 of the three-way catalyst is constant (the straight line C1 on the left side of the dotted line in FIG. 4). .
Thus, in the engine system of the second embodiment, in the high output region, the catalyst lower limit threshold C1 of the three-way catalyst is set to a constant value, similar to the catalyst lower limit threshold C2 of the conventional catalyst.
That is, when the output of the engine 20 is relatively high and the exhaust gas temperature is sufficiently higher than the catalyst lower limit threshold C1, the output of the engine 20 is reduced by EGR so that only the conventional threshold setting is made. Therefore, it is possible to appropriately purify the exhaust gas.

〔エンジン運転状態の変更：出力の低下等〕
図４の点線の右側に示す低出力領域では、出力を低下させるのに、エンジンの運転状態の変更として、出力の低下側への変更（燃料供給量の低下変更、スロットルバルブ１１の閉側への変更、ＥＧＲ開度は一定に維持）を行なって、エンジンの回転速度の低速側への変更を行う。当該エンジン運転状態の変更においては、三元触媒部３３に導かれる排ガス流量（図４で点線の右側の直線Ｌ）は減少させる。このため、当該エンジン運転状態の変更は、排ガス流量の減少を発生するエンジン運転状態の変更に該当するため、三元触媒の触媒下限閾値（図４で点線の右側の直線Ｃ１）は、出力の低下側への変更に伴って閾値を低温側に設定する。
これにより、低出力領域で、第１実施形態と同様に、出力の低下に伴って、排ガス温度（図２で直線Ｔ）が低下するが、このように低下したとしても、排ガス温度が触媒下限閾値Ｃ１を下回ることはない。即ち、排ガス温度が触媒下限閾値Ｃ１を下回る状態の発生が遅れる。
結果、触媒を適切に働かせて排ガスを良好に浄化しながらも、エンジンの運転状態をエンジン特性に応じた好適な状態で使用できる。換言すると、この状態におけるエンジンの運転状態の選択性が広がる。 [Change in engine operating status: decrease in output, etc.]
In the low output region shown on the right side of the dotted line in FIG. 4, in order to reduce the output, as a change in the engine operating state, the change to the output decrease side (change in the fuel supply amount decrease, the throttle valve 11 to the close side) And the EGR opening degree is kept constant) to change the engine speed to the low speed side. In the change of the engine operating state, the exhaust gas flow rate (straight line L on the right side of the dotted line in FIG. 4) guided to the three-way catalyst unit 33 is decreased. For this reason, since the change in the engine operating state corresponds to the change in the engine operating state that causes a decrease in the exhaust gas flow rate, the catalyst lower limit threshold value (straight line C1 on the right side of the dotted line in FIG. 4) The threshold is set to the low temperature side in accordance with the change to the lower side.
As a result, in the low output region, as in the first embodiment, the exhaust gas temperature (straight line T in FIG. 2) decreases as the output decreases. It does not fall below the threshold value C1. That is, the occurrence of the state where the exhaust gas temperature is lower than the catalyst lower limit threshold C1 is delayed.
As a result, it is possible to use the engine in a suitable state according to the engine characteristics while appropriately purifying the exhaust gas by appropriately operating the catalyst. In other words, the selectivity of the engine operating state in this state is expanded.

本発明のエンジンシステムは、触媒にて適切に排ガスを浄化しながらも、エンジン運転状態の制約を緩和して運転効率を向上できるエンジンシステムとして、有効に利用可能である。 The engine system of the present invention can be effectively used as an engine system that can improve the operation efficiency by relaxing the restriction of the engine operation state while appropriately purifying the exhaust gas with the catalyst.

２０：エンジン
２２：燃焼室
３３：三元触媒
５０：ＥＧＲ流路
５１：ＥＧＲ制御弁
Ｃ１：触媒下限閾値
Ｅ：排ガス
Ｍ：混合気 20: Engine 22: Combustion chamber 33: Three-way catalyst 50: EGR flow path 51: EGR control valve C1: Catalyst lower limit threshold E: Exhaust gas M: Air-fuel mixture

Claims

An engine system comprising an engine that burns an air-fuel mixture in a combustion chamber, and a catalyst purification device that purifies exhaust gas discharged from the combustion chamber,
A threshold value for the exhaust gas temperature, which needs to be changed when the exhaust gas temperature becomes lower than the threshold value, is a low temperature corresponding to the change in the engine operating state that causes a reduction in the exhaust gas flow rate. An engine system in which the threshold is set on the side.

The change in the engine operating state that causes the exhaust gas flow rate to decrease is one or more of a change to a lower output side, a change to a lower engine speed, or a change to a throttle valve closing side. The engine system according to claim 1, wherein the threshold value is set on a low temperature side when any one or more of the changes are made.

The catalyst provided in the catalyst purification device is a three-way catalyst that purifies the exhaust gas by a three-way catalyst method,
The engine system according to claim 1, wherein the threshold value is a catalyst lower limit threshold value that is a temperature threshold value on a lower limit side of the three-way catalyst.

EGR means for recirculating the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the combustion chamber is provided, and the EGR means is operated in a high output region so that the exhaust gas flow rate is kept constant in the high output region. In the low output region where the output is lower than the high output region, the exhaust gas flow rate is reduced as the output decreases while the EGR means is operated.
The engine system according to any one of claims 1 to 3, wherein the threshold value is decreased as the output decreases from a constant value in the high-power region in the low-power region and constant in the high-power region. .