CN101828021B - 内燃机的排气回流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在内燃机的排气回流装置中降低在旋风式捕集装置中的压力损失的技术。具有:涡轮增压器(5);低压EGR通路(31);配置在低压EGR通路(31)、捕集低压EGR气体中的异物的旋风式捕集装置(11);流量调整路(12),其使低压EGR气体从旋风式捕集装置(11)的异物捕集部向比与低压EGR通路(31)连接的连接部位靠下游的排气通路(4)流出;配置在流量调整路(12)、调整在流量调整路(12)中流通的低压EGR气体流量的流量调整阀(13);ECU(14),其根据在低压EGR通路(31)中流通的低压EGR气体通过旋风式捕集装置(11)时的压力损失,开闭控制流量调整阀(13)。

Description

内燃机的排气回流装置
技术领域
本发明涉及内燃机的排气回流装置(排气再循环装置)。
背景技术
如下技术已为公众所知(例如参照专利文献1):在将来自内燃机的排气通路的排气的一部分作为EGR气体取入并使该EGR气体回流(再循环)向内燃机的进气通路的EGR通路内,设置捕集该EGR气体中的异物的旋风式捕集装置。
专利文献1:日本特开2002-130058号公报
专利文献2:日本特开2000-170608号公报
专利文献3:日本特开2005-155559号公报
专利文献4:日本特开平07-158420号公报
发明内容
设置在EGR通路内的旋风式捕集装置,若EGR气体流量变大(多)、EGR气体流速变快,则能够捕集粒子直径比较小的异物。但是,在EGR气体流量变大的情况下,EGR气体通过旋风式捕集装置时的压力损失变大。该压力损失变大,则使得不能向内燃机供给期望量的EGR气体,EGR气体不足、导致排气排放物的恶化。这样,在旋风式捕集装置中的压力损失大时,会产生各种弊端。
本发明是鉴于上述情况而做成,其目的在于提供一种在内燃机的排气回流装置中降低在旋风式捕集装置中的压力损失的技术。
在本发明中采用以下构成。即,本发明是一种内燃机的排气回流装置,其特征在于,具有:
涡轮增压器,其具有配置在内燃机的排气通路的涡轮机、和配置在上述内燃机的进气通路的压缩机;
低压EGR通路,其从比上述涡轮机靠下游的上述排气通路将排气的一部分作为低压EGR气体取入、使该低压EGR气体向比上述压缩机靠上游的上述进气通路回流;
旋风式捕集装置,其配置在上述低压EGR通路、捕集上述低压EGR气体中的异物;
流量调整路,其使上述低压EGR气体从上述旋风式捕集装置的异物捕集部向比与上述低压EGR通路连接的连接部位靠下游的上述排气通路流出;
流量调整阀,其配置在上述流量调整路、调整在该流量调整路中流通的低压EGR气体流量;和
第1控制单元,其根据在上述低压EGR通路中流通的低压EGR气体通过上述旋风式捕集装置时的压力损失、开闭控制上述流量调整阀。
设置在低压EGR通路内的旋风式捕集装置,在低压EGR气体流量变大、低压EGR气体流速变快时能够捕集粒子直径比较小的异物。但是,在低压EGR气体流量变大的情况下,低压EGR气体通过旋风式捕集装置时的压力损失变大。该压力损失变大,则使得不能向内燃机供给期望量的低压EGR气体,低压EGR气体不足从而导致排气排放物的恶化。
采用本发明,根据低压EGR气体通过旋风式捕集装置时的压力损失、开闭控制流量调整阀。因此,在压力损失变大的情况下,即低压EGR气体流量变大的情况下,可以打开流量调整阀。由此,使低压EGR气体从旋风式捕集装置流向流量调整路,减少阻塞(滞留)在旋风式捕集装置的低压EGR气体。于是,低压EGR气体通过旋风式捕集装置时的压力损失变小,因此,可向内燃机供给期望量的低压EGR气体,可抑制因低压EGR气体不足所引起的排气排放物的恶化。
另外,若如本发明那样使低压EGR气体从旋风式捕集装置流向流量调整路,则通过旋风式捕集装置的低压EGR气体流速变慢,旋风式捕集装置不能捕集粒子直径小的异物。但是,即使在这种情况下,只要旋风式捕集装置能够捕集对内燃机的进气系统产生影响的粒子直径以上的粒子直径大的异物即可。这样,只要能用旋风式捕集装置捕集对内燃机的进气系统产生影响的粒子直径以上的粒子直径大的异物,就不会因异物混入对内燃机的进气系统产生影响。
优选,上述第1控制单元,在上述低压EGR通路中流通的低压EGR气体流量比第1预定流量少的情况下,关闭上述流量调整阀,上述第1预定流量为使得上述低压EGR气体通过上述旋风式捕集装置时的压力损失的降低优先于由上述旋风式捕集装置捕集异物的阈值;在上述低压EGR通路中流通的低压EGR气体流量为上述第1预定流量以上的情况下,以上述旋风式捕集装置能够捕集粒子直径大的异物的范围的开度打开上述流量调整阀,上述粒子直径大的异物是对上述内燃机的进气系统产生影响的粒子直径以上的异物。
在此,第1预定流量是成为下述阈值的低压EGR气体流量,该阈值是若为该流量以上的流量则使得低压EGR气体通过旋风式捕集装置时的压力损失的降低优先于由旋风式捕集装置捕集异物的阈值。
采用本发明,在低压EGR气体流量变为比第1预定流量大的情况下,打开流量调整阀,可降低低压EGR气体通过旋风式捕集装置时的压力损失。另外,在打开流量调整阀时,旋风式捕集装置可捕集对内燃机的进气系统产生影响的粒子直径以上的粒子直径大的异物。
在本发明中,采用了如下结构。即,本发明是一种内燃机的排气回流装置,其特征在于,具有:
涡轮增压器,其具有配置在内燃机的排气通路的涡轮机、和配置在上述内燃机的进气通路的压缩机;
催化剂,其配置在比上述涡轮机靠下游的上述排气通路、活化时变为高温;
旋风式捕集装置,其配置在上述催化剂的紧下游的上述排气通路、捕集排气中的异物;
低压EGR通路,其从比上述旋风式捕集装置靠下游的上述排气通路将排气的一部分作为低压EGR气体取入、使该低压EGR气体向比上述压缩机靠上游的上述进气通路回流;
流量调整路,其使排气从上述旋风式捕集装置的异物捕集部向比与上述低压EGR通路连接的连接部位靠下游的上述排气通路流出;
流量调整阀,其配置在上述流量调整路、调整在该流量调整路中流通的排气流量;和
第2控制单元,其根据在上述排气通路中流通的排气通过上述旋风式捕集装置时的压力损失、开闭控制上述流量调整阀。
设置在排气通路内的旋风式捕集装置在排气流量变大、排气流速变快时能够捕集粒子直径比较小的异物。但是,在排气流量变大的情况下,排气通过旋风式捕集装置时的压力损失变大。该压力损失变大,则导致内燃机的输出降低、燃料经济性变差。
采用本发明,则根据排气通过旋风式捕集装置时的压力损失、控制流量调整阀的开度。因此,在压力损失变大的情况下,即排气流量变大的情况下,可以打开流量调整阀。由此,使排气从旋风式捕集装置流向流量调整路,减少阻塞在旋风式捕集装置的排气。于是,排气通过旋风式捕集装置时的压力损失变小,因此,可抑制内燃机的输出降低、燃料经济性变差。
另外,如本发明那样使排气从旋风式捕集装置流向流量调整路,则通过旋风式捕集装置的排气流速变慢,旋风式捕集装置不能捕集粒子直径小的异物。但是,即使在这种情况下,只要旋风式捕集装置能够捕集对内燃机的进气系统产生影响的粒子直径以上的粒子直径大的异物即可。这样,只要能用旋风式捕集装置捕集对内燃机的进气系统产生影响的粒子直径以上的粒子直径大的异物,就不会因异物混入对内燃机的进气系统产生影响。
而且,如本发明那样在催化剂的紧接着下游配置有旋风式捕集装置,则排气从在活化时变为高温了的催化剂带走热量,排气以被暖化了的状态流入旋风式捕集装置。因此,在旋风式捕集装置内排气为高温,因此,排气的饱和蒸气量不会减少,可抑制在旋风式捕集装置内从排气产生冷凝水。因此,可以抑制因冷凝水的产生而引起的对进气排气配管的耐腐蚀可靠性的影响。
优选,上述第2控制单元,在上述排气通路中流通的排气流量比第2预定流量少的情况下,关闭上述流量调整阀,上述第2预定流量为使得排气通过上述旋风式捕集装置时的压力损失的降低优先于由上述旋风式捕集装置捕集异物的阈值;在上述排气通路中流通的排气流量为上述第2预定流量以上的情况下,以上述旋风式捕集装置能够捕集粒子直径大的异物的范围的开度打开上述流量调整阀,上述粒子直径大的异物是对上述内燃机的进气系统产生影响的粒子直径以上的异物。
在此,第2预定流量是成为下述阈值的排气流量,上述阈值是若为该流量以上的流量则使得排气通过旋风式捕集装置时的压力损失的降低优先于由旋风式捕集装置捕集异物。
采用本发明,在排气流量变为比第2预定流量大的情况下,打开流量调整阀,可降低排气通过旋风式捕集装置时的压力损失。另外,在打开流量调整阀时,旋风式捕集装置可捕集对内燃机的进气系统产生影响的粒子直径以上的粒子直径大的异物。
在本发明中采用以下构成。即,本发明是一种内燃机的排气回流装置,其特征在于,具有:
涡轮增压器,其具有配置在内燃机的排气通路的涡轮机、和配置在上述内燃机的进气通路的压缩机;
低压EGR通路,其从比上述涡轮机靠下游的上述排气通路将排气的一部分作为低压EGR气体取入、使该低压EGR气体向比上述压缩机靠上游的上述进气通路回流;
旋风式捕集装置,其配置在上述低压EGR通路、捕集上述低压EGR气体中的异物;
旁通通路,其使得在上述低压EGR通路内上述低压EGR气体绕过上述旋风式捕集装置;
开闭上述旁通通路的旁通阀;和
第3控制单元,其在上述低压EGR通路流通的低压EGR气体流量比第3预定流量少、且上述涡轮增压器的转速低于预定转速的情况下,打开上述旁通阀,上述第3预定流量是不会使异物到达上述压缩机的阈值,上述预定转速是即使由上述旋风式捕集装置捕集不了的小粒子直径的异物到达上述压缩机也不会损伤上述压缩机的阈值。
在此,第3预定流量是指:作为若为比该流量小的流量则可使异物不会到达压缩机的阈值的低压EGR气体流量。另外,预定转速是指作为下述阈值的涡轮增压器的转速,该阈值是若为比该转速低的转速则即使由旋风式捕集装置未捕集完的小粒径的异物到达压缩机也不会损伤压缩机的阈值。
采用本发明,在低压EGR通路中流通的低压EGR气体流量比使异物不会到达压缩机的第3预定流量小、且涡轮增压器的转速比即使由旋风式捕集装置未捕集完的小粒径的异物到达压缩机也不会损伤压缩机的预定转速低的情况下,打开旁通阀。由此,使在低压EGR通路中流通的低压EGR气体绕过旋风式捕集装置,该低压EGR气体在旁通通路中流通。所以,没有低压EGR气体通过旋风式捕集装置时的压力损失。因此,在低压EGR通路的路径上的压力损失变小,因此,可以向内燃机供给期望量的低压EGR气体,可以抑制因低压EGR气体不足所引起的排气排放物的恶化。
采用本发明,可以在内燃机的排气回流装置中降低在旋风式捕集装置中的压力损失。
附图说明
图1是表示实施例1中所涉及的内燃机及其进气排气系统的概略构成的图。
图2是表示实施例1中所涉及的根据内燃机的运转状态所要求的低压EGR气体流量的图。
图3是表示实施例1中所涉及的流入旋风式捕集装置的低压EGR气体流量与低压EGR气体通过旋风式捕集装置时的压力损失的关系的图。
图4是表示实施例1中所涉及的异物的粒子直径与旋风式捕集装置中的异物捕集效率的关系的图。
图5是表示实施例1中所涉及的低EGR气体流量的控制程序的流程图。
图6是表示实施例2中所涉及的内燃机及其进气排气系统的概略构成的图。
图7是表示实施例2中所涉及的三通阀能够取得的状态的图。
图8是表示实施例2中所涉及的排气温度和水蒸气量的特性的图。
图9是表示实施例2中所涉及的排气流量的控制程序的流程图。
图10是表示实施例3中所涉及的内燃机及其进气排气系统的概略构成的图。
图11是表示实施例3中所涉及的根据内燃机的运转状态打开旁通阀的区域的图。
图12是表示实施例3中所涉及的低EGR气体流量和在低压EGR通路的路径上的压力损失的关系的图。
图13是表示实施例3中所涉及的旁通阀的控制程序的流程图。
附图标记说明
1:内燃机;2:气缸;3:进气通路;4:排气通路;5:涡轮增压器;5a:压缩机;5b:涡轮机;6:节气门;7:空气流量计;8:中间冷却器;9:排气净化装置;10:排气节流阀;11:旋风式捕集装置;12:流量调整路;13:流量调整阀;14:ECU;15:曲轴位置传感器;16:三通阀;17:旁通通路;18:旁通阀;30:低压EGR装置;31:低EGR通路;32:低压EGR阀;33:低EGR冷却器。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施例进行说明。
(实施例1)
图1是表示应用本实施例中所涉及的内燃机的排气回流装置的内燃机及其进气排气系统的概略构成的图。图1中所示的内燃机1是具有4个与活塞一起形成燃烧室的气缸2的水冷式4冲程循环柴油发动机。内燃机1搭载于车辆。在内燃机1连接有进气通路3和排气通路4。
在被连接到内燃机1的进气通路3的途中配置有以排气的能量作为驱动源而工作的涡轮增压器5的压缩机5a。
在比压缩机5a靠上游的进气通路3配置有调节在该进气通路3内流通的进气的流量的节气门6。该节气门6由电动致动器打开关闭。在比节气门6靠上游的进气通路3配置有输出与在该进气通路3内流通的新鲜空气(新気)的流量相应的信号的空气流量计7。由该空气流量计7测定内燃机1的吸入空气量(新鲜空气量)。
在比压缩机5a靠下游的进气通路3配置有由进气和外部气体进行热交换的中间冷却器8。
另一方面,在连接到内燃机1的排气通路4的途中配置有涡轮增压器5的涡轮机5b。在比涡轮机5b靠下游的排气通路4配置有排气净化装置9。
排气净化装置9构成为具有氧化催化剂和配置在该氧化催化剂的后段的微粒过滤器(以下简称过滤器)。另外,在过滤器也可担载吸藏还原型NOx催化剂(以下简称为NOx催化剂)。排气净化装置9在氧化催化剂、NOx催化剂活化时变为高温,各催化剂发挥功能。在排气净化装置9中所使用的氧化催化剂、NOx催化剂相当于本发明的催化剂。
另外,在比排气净化装置9靠下游的排气通路4设置有调节在该排气通路4内流通的排气的流量的排气节流阀10。该排气节流阀10由电动致动器打开关闭。
而且,在内燃机1具有使在排气通路4内流通的排气的一部分以低压回流(再循环)到进气通路3的低压EGR装置30。该低压EGR装置30构成为具有低压EGR通路31、低压EGR阀32和低压EGR冷却器33。
低压EGR通路31将比排气净化装置9靠下游且比排气节流阀10靠上游侧的排气通路4和比压缩机5a靠上游并且比节气门6靠下游侧的进气通路3连接。通过该低压EGR通路31,排气以低压被送入内燃机1。在本实施例中,将在低压EGR通路31流通而回流的排气称为低压EGR气体。
低压EGR阀32通过调整低压EGR通路31的通路截面积来调节在该低压EGR通路31中流动的低压EGR气体的量。该低压EGR阀32由电动致动器打开关闭。另外,低压EGR气体量的调节也可以由低压EGR阀32的开度的调整以外的方法进行。例如,通过调整节气门6的开度或通过调节排气节流阀10的开度、改变低压EGR通路31的上游和下游的压差,由此,可调节低压EGR气体的量。
低压EGR冷却器33由通过该低压EGR冷却器33的低压EGR气体和内燃机1的内燃机冷却水进行热交换,降低该低压EGR气体的温度。
在此,在本实施例中,在比低压EGR冷却器33靠下游的低压EGR通路31配置有旋风式捕集装置11。在旋风式捕集装置11,在含有异物的低压EGR气体流入旋风式捕集装置11内时,低压EGR气体沿着旋风式捕集装置11的越往下方直径越小的圆筒内壁一边旋转运动一边下降,其间离心力作用于异物使异物向壁方向移动从而从低压EGR气体分离。分离了异物的低压EGR气体向旋风式捕集装置11的中心部方向流动并从旋风式捕集装置11的上部的排出口流出。另一方面,从低压EGR气体分离的异物在从低压EGR气体分离之后也下降,由旋风式捕集装置11下部的异物捕集部捕集。
在本实施例中,设置有连接旋风式捕集装置11下部的异物捕集部和比与低压EGR31连接的连接部位靠下游的排气通路4的流量调整路12。流量调整路12使低压EGR气体与异物一起从旋风式捕集装置11的异物捕集部向排气通路4流出。
在流量调整路12配置有流量调整阀13。流量调整阀13调整在流量调整路12中流通的低压EGR气体流量。该流量调整阀13由电动致动器打开关闭。
在如以上所述构成的内燃机1同时设置有作为用于控制该内燃机1的电子控制单元的ECU14。ECU14是根据内燃机1的运转条件、驾驶员的要求控制内燃机1的运转状态的单元。
在ECU14通过电气配线连接着空气流量计7和检测内燃机旋转速度的曲轴位置传感器15,这些各种传感器的输出信号被输入到ECU14。
另一方面,在ECU14通过电气配线连接着节气门6、排气节流阀10、低压EGR阀32和流量调整阀13的各致动器,由该ECU14控制这些设备。
而且,在本实施例中,根据内燃机1的运转状态使用低压EGR阀32控制低压EGR气体流量。由此,进行所谓的EGR运转,即,以在被吸入内燃机1的进气中含有低压EGR气体的状态使内燃机1运转,降低进气的氧(氧气)浓度,降低燃烧温度、燃烧速度,从而发挥减少在燃烧时产生的NOx的效果。
图2表示根据内燃机1的运转状态所要求的低压EGR气体流量。图2的横轴表示内燃机1的内燃机负载、纵轴表示低压EGR气体流量。在图2中的2条特性曲线中,上侧的特性曲线为内燃机1的内燃机转速为高转速的情况下的特性曲线,下侧的特性曲线为内燃机1的内燃机转速为低转速的情况下的特性曲线。如图2所示,有下述倾向:作为内燃机1的运转状态,内燃机负载越为轻、中负载且内燃机转速越高,则内燃机1所要求的低压EGR气体流量越增加。使用如图2的图(映射图)、供给根据内燃机1的运转状态所要求的低压EGR气体流量。
在本实施例中,在低压EGR通路31内配置有旋风式捕集装置11。设置在低压EGR通路31内的旋风式捕集装置11在低压EGR气体流量变大低压EGR气体流速变快时也可捕集粒子直径较小的异物。但是,在低压EGR气体流量变大的情况下,低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失变大。若该压力损失变大,则期望量的低压EGR气体不会向内燃机1供给,低压EGR气体不足。因此,由于低压EGR气体的不足,进气的氧浓度不会被降低、燃烧温度、燃烧速度不会被降低,在燃烧时产生NOx,导致排气排放物的恶化。
另外,若为了供给不足的低压EGR气体而将排气节流阀10控制为关闭侧,则低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失进一步变大,并且,排气的流动也受到阻塞,泵气损失增加,导致内燃机1的输出降低、燃料经济性变差。
因此,在本实施例中,做成为:根据在低压EGR通路31中流通的低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失、开闭控制流量调整阀13。
在此,低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失与流入旋风式捕集装置11的低压EGR气体流量具有相关关系,低压EGR气体流量变得越大,则压力损失也变得越大。因此,作为实际的流量调整阀13的控制,算出预先求出了与压力损失相关的关系的低压EGR气体流量,根据计算出的低压EGR气体流量,开闭控制流量调整阀13。
具体来说,在低压EGR通路31中流通的低压EGR气体流量比第1预定流量少的情况下,关闭流量调整阀13,所述第1预定流量是相比于由旋风式捕集装置11捕集异物而使低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失的降低优先的阈值。
另一方面,低压EGR气体流量变为第1预定流量以上的情况下,打开流量调整阀13。而且,流量调整阀13打开时的开度设定在:旋风式捕集装置11可捕集对内燃机1的进气系统产生影响的粒子直径以上的粒子直径大的异物的范围。
另外,第1预定流量是指:成为下述阈值的低压EGR气体流量,该阈值是若为该流量以上的流量则使得低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失的降低优先于由旋风式捕集装置11捕集异物的阈值。
采用本实施例,在低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失变大的情况下,即流入旋风式捕集装置11的低压EGR气体流量变大的情况下,打开流量调整阀13。由此,在低压EGR气体流量变大的情况下,使低压EGR气体从旋风式捕集装置11流向流量调整路12,减少阻塞在旋风式捕集装置11的低压EGR气体。这样,低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失变小。
图3是表示流入旋风式捕集装置11的低压EGR气体流量与低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失之间的关系的图。图3中,第1特性曲线是表示关闭着流量调整阀13的情况下的低压EGR气体流量和压力损失的关系,第2特性曲线是表示打开着流量调整阀13的情况下的低压EGR气体流量和压力损失的关系。如图3所示,通过打开流量调整阀13,从第1特性曲线的A位置转变到第2特性曲线的B位置,相对于低压EGR气体流量的压力损失变小。
这样压力损失降低,因此,可向内燃机1供给期望量的低压EGR气体,供给到内燃机1的低压EGR气体不会不足。因此,可供给充分的低压EGR气体,进气的氧浓度降低、燃烧温度、燃烧速度降低、从而可降低在燃烧时产生的NOx,可抑制排气排放物的恶化。
另外,不需要为了供给不足的低压EGR气体而将排气节流阀10控制为关闭侧,低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失不会进一步变大,另外,不会阻塞排气的流动,不会增加进气排气损失,可以抑制内燃机1的输出降低、燃料经济性变差。
在此,使低压EGR气体从旋风式捕集装置11流向流量调整路12,则通过旋风式捕集装置11的低压EGR气体流速变慢,旋风式捕集装置11不能捕集粒子直径小的异物,对粒子直径小的异物的捕集效率降低。但是,在本实施例中,以旋风式捕集装置11可捕集对内燃机1的进气系统产生影响的粒子直径以上的粒子直径大的异物的范围,将流量调整阀13的开度控制为打开侧。因此,可以由旋风式捕集装置11捕集对内燃机1的进气系统产生影响的粒子直径以上的粒子直径大的异物。
图4是表示异物的粒子直径与在旋风式捕集装置11的异物捕集效率的关系的图。图4中A表示在图3中用到的关闭着流量调整阀13的情况下的第1特性曲线的A位置的异物捕集效率;B表示在图3中用到的打开了流量调整阀13的情况下的第2特性曲线的B位置的异物捕集效率。另外,C表示在图3中关闭了流量调整阀13的情况下第1特性曲线的低压EGR气体流量小时的C位置的异物捕集效率。另外,斜线部(阴影部分)表示异物的粒子直径对内燃机1的进气系统产生影响的粒子直径以上的范围(NG区域)。如图4所示,因打开流量调整阀13,从A的异物捕集效率转变到B的异物捕集效率,粒子直径小的异物的异物捕集效率降低,但是,可以捕集NG区域的对内燃机1的进气系统产生影响的粒子直径以上的大的粒子直径的异物。
因此,在本实施例的情况下,不会因不能由旋风式捕集装置11捕集的异物的混入而导致异物到达压缩机5a而损伤压缩机5a等这样的对内燃机的进气系统的影响。
接着,对本实施例中所涉及的低压EGR气体流量的控制程序进行说明。图5是表示本实施例中所涉及的低压EGR气体流量的控制程序的流程图。本程序每隔预定时间重复实行。另外,实行本流程的ECU14相当于本发明的第1控制单元。
在步骤S101,ECU14读取各种传感器的输出信号,检测出内燃机1的运转状态。
在步骤S102,ECU14根据在步骤S101检测出的内燃机1的运转状态判断是否需要将低压EGR气体导入内燃机1。
在需要降低进气的氧浓度、降低燃烧温度、燃烧速度、减少在燃烧时产生的NOx等情况下,判定为需要将低压EGR气体导入内燃机1。
在步骤S102中肯定判定为需要将低压EGR气体导入内燃机1的情况下,转到步骤S103。在步骤S102否定判定为不需要将低压EGR气体导入内燃机1的情况下,转到步骤S106。
在步骤S103,ECU14根据在步骤S101检测出的内燃机1的运转状态计算出应导入的低压EGR气体流量。
低压EGR气体流量可以通过预先求出如图2所示的图、将内燃机1的内燃机负载和内燃机转速代入该图来计算出。
在步骤S104,ECU14根据在步骤S103中计算出的低压EGR气体流量计算出流量调整阀13的开度。
在步骤103计算出的低压EGR气体流量比第1预定流量少的情况下,使得由旋风式捕集装置11捕集异物优先,因此,流量调整阀13的开度为零(关闭状态)。在计算出的低压EGR气体流量为第1预定流量以上的情况下,将该低压EGR气体流量代入预先求出的图3、图4中所示的图中,在旋风式捕集装置11可捕集对内燃机1的进气系统产生影响的粒子直径以上的粒子直径大的异物的范围内计算出流量调整阀13的开度。该开度为比零大的值。另外,低压EGR气体流量越大,则低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失变得越大。由此,为了使得低压EGR气体流量越多压力损失更小,可进一步打开流量调整阀13的开度。
在步骤S105,ECU14将流量调整阀13的开度控制为在步骤S104计算出的值。
另一方面,在步骤S106,ECU14关闭流量调整阀13、使其处于全闭状态。
在步骤S107,ECU14在将低压EGR气体导入内燃机1的情况下、实际导入在步骤S103计算出的低压EGR气体流量的低压EGR气体、实施EGR运转。另外,此时,也可导入高压EGR气体和/或内部EGR气体。另一方面,在不将低压EGR气体导入内燃机1的情况下,仅导入高压EGR气体和/或内部EGR气体,实施EGR运转。在本步骤的处理之后,本程序一度终止。
通过实施以上的控制程序,可降低低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失。
(实施例2)
接着,对实施例2进行说明。在此,对与上述实施例不同的结构进行说明,对相同的结构省略其说明。
图6是表示应用本实施例所涉及的内燃机的排气回流装置的内燃机及其进气排气系统的概略构成的图。
在本实施例中,在排气净化装置9的紧接着的下游,与排气净化装置9一体化地配置有旋风式捕集装置11。在本实施例中,也设置有连接旋风式捕集装置11下部的异物捕集部和比与低压EGR通路31连接的连接部位靠下游的排气通路4的流量调整路12。在流量调整路12配置有流量调整阀13。
低压EGR通路31将比旋风式捕集装置11靠下游并且比与流量调整路12连接的连接部位靠上游侧的排气通路4、和比压缩机5a靠上游且比节气门6靠下游侧的进气通路3连接。
在连接低压EGR通路31和上游侧排气通路4以及下游侧排气通路4的连接部位配置有三通阀16。三通阀16由电动致动器动作。三通阀16的致动器通过电气配线连接在ECU14,由该ECU14控制三通阀16。
图7是表示本实施例中所涉及的三通阀16的图。图7所示的三通阀16可变更为如下三种状态:图7(a)中所示的将比三通阀16靠上游侧的上游侧排气通路4和比三通阀16靠下游侧的下游侧排气通路4连接且切断低压EGR通路31的状态(低压EGR气体关闭(OFF)状态)、图7(b)中所示的将上游侧排气通路4和下游侧排气通路4和低压EGR通路31连接的状态(低压EGR气体打开(ON)状态)、和图7(c)中所示的切断所有通路的状态(所有通路切断状态)。
在图7(a)中所示的低压EGR气体关闭状态、图7(b)中所示的低压EGR气体打开状态,三通阀16通过调整与上游侧排气通路4和/或下游侧排气通路4的边界部分的通路截面积、可以调节流向下游侧排气通路4的排气的量,可以起到排气节流阀的作用。在图7(b)所示的低压EGR气体打开状态,三通阀16通过调整与低压EGR通路31的边界部分的通路截面积、可以调节在该低压EGR通路31中流动的低压EGR气体的量,可以起到低压EGR阀的作用。在图7(c)中所示的切断所有通路的状态下,使排气全部向流量调整路12流通,可以将堆积在旋风式捕集装置11下部的异物捕集部的异物向排气通路4排出。
在本实施例中,在排气通路4内配置有旋风式捕集装置11。设置在排气通路4内的旋风式捕集装置11,若排气流量变大、排气流速变快,则也可捕集粒子直径比较小的异物。但是,在排气流量变大的情况下,排气通过旋风式捕集装置11时的压力损失变大。该压力损失变大,则泵气损失增加,导致内燃机1的输出降低、燃料经济性的恶化。
因此,在本实施例中,做成为:根据在排气通路4流通的排气通过旋风式捕集装置11时的压力损失、开闭控制流量调整阀13。
在此,排气通过旋风式捕集装置11时的压力损失与流入旋风式捕集装置11的排气流量具有相关关系,排气流量变得越大,则压力损失也变得越大。因此,作为实际的流量调整阀13的控制,算出预先求出与压力损失的相关关系的排气流量,根据计算出的排气流量,开闭控制流量调整阀13。
具体来说,在排气通路4中流通的排气流量小于第2预定流量的情况下,关闭流量调整阀13,该第2预定流量是相比于由旋风式捕集装置11捕集异物而使排气通过旋风式捕集装置11时的压力损失的降低优先的阈值。
另一方面,排气流量变为第2预定流量以上的情况下,打开流量调整阀13。而且,流量调整阀13打开时的开度设定在:旋风式捕集装置11可捕集对内燃机1的进气系统产生影响的粒子直径以上的粒子直径大的异物的范围。
另外,第2预定流量是成为下述阈值的排气流量,该阈值是若为该流量以上的流量则使得排气通过旋风式捕集装置11时的压力损失的降低优先于由旋风式捕集装置11捕集异物的阈值。
采用本实施例,在排气通过旋风式捕集装置11时的压力损失变大的情况下,即流入旋风式捕集装置11的排气流量变大的情况下,打开流量调整阀13。由此,在排气流量变大的情况下,使排气从旋风式捕集装置11流向流量调整路12,减少阻塞在旋风式捕集装置11的排气。这样,排气通过旋风式捕集装置11时的压力损失变小。
流入旋风式捕集装置11的排气流量与排气通过旋风式捕集装置11时的压力损失的关系与图3所示的流入旋风式捕集装置11的低压EGR气体流量与低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失的关系相同。因此,如图3所示,通过打开流量调整阀13,从第1特性曲线的A位置转变到第2特性曲线的B位置,相对于排气流量的压力损失变小。
这样压力损失降低,因此,减少泵气损失,可抑制内燃机1的输出降低、燃料经济性变差。
在此,使排气从旋风式捕集装置11流向流量调整路12,则通过旋风式捕集装置11的排气流速变慢,旋风式捕集装置11不能捕集粒子直径小的异物,对粒子直径小的异物的捕集效率降低。但是,在本实施例中,在旋风式捕集装置11可捕集对内燃机1的进气系统产生影响的粒子直径以上的粒子直径大的异物的范围内,将流量调整阀13的开度控制在打开侧。因此,可以由旋风式捕集装置11捕集对内燃机1的进气系统产生影响的粒子直径以上的粒子直径大的异物。
在本实施例的情况下,也由图4表示异物的粒子直径与旋风式捕集装置11中的异物捕集效率的关系。因此,如图4所示,因打开流量调整阀13,从A的异物捕集效率转变到B的异物捕集效率,粒子直径小的异物的异物捕集效率降低,但是,可以捕集对内燃机1的进气系统产生影响的粒子直径以上的大的粒子直径的异物。
因此,在本实施例的情况下,不会因不能由旋风式捕集装置11捕集的异物的混入而导致异物通过低压EGR通路31到达压缩机5a损伤压缩机5a等的对内燃机1的进气系统的影响。
在本实施例中,在排气净化装置9的紧接着的下游,与排气净化装置9一体化地配置有旋风式捕集装置11。因此,排气从具有活化时变为高温的氧化催化剂和/或NOx催化剂的排气净化装置9带走热量,排气以被暖化了的状态流入旋风式捕集装置11。
图8是表示排气温度和水蒸气量的特性的图。图8的横轴表示排气温度,纵轴表示水蒸气量。如图8所示,若如本实施例那样在旋风式捕集装置11内排气为高温,则相对于水与蒸气的分界线,全部水蒸气量进入蒸气侧,不会产生冷凝水。与此相对,如用虚线表示那样排气为低温,则相对于水与蒸气的分界线,水蒸气量超出到水侧,该超出的量变成冷凝水。这样,在本实施例中,在旋风式捕集装置11内排气为高温,因此,排气的饱和蒸气量不会被减少,能够抑制在旋风式捕集装置11内从排气产生冷凝水。
因此,可以抑制因冷凝水产生所引起的对进气排气配管的耐腐蚀可靠性的影响。
接着,对本实施例所涉及的排气流量的控制程序进行说明。图9是表示本实施例所涉及的排气流量的控制程序的流程图。本程序每隔预定时间重复实行。另外,实施本程序的ECU14相当于本发明的第2控制单元。
在步骤S201中,ECU14读取各种传感器的输出信号,检测出内燃机1的运转状态。
在步骤S202,ECU14根据在步骤S201检测出的内燃机1的运转状态计算出排气流量。
在步骤S203,ECU14根据在步骤S202计算出的排气流量,计算出流量调整阀13的开度。
在步骤202中计算出的排气流量比第2预定流量小的情况下,使得由旋风式捕集装置11捕集异物优先,因此,流量调整阀13的开度为零(关闭状态)。在计算出的排气流量为第2预定流量以上的情况下,将该排气流量代入与预先求出的对应于排气流量的图3、图4相同的图,在旋风式捕集装置11可捕集对内燃机1的进气系统产生影响的粒子直径以上的粒子直径大的异物的范围内计算出流量调整阀13的开度。该开度为比零大的值。另外,排气流量越大,则排气通过旋风式捕集装置11时的压力损失变得越大。由此,为了排气流量越多而使压力损失较小,可进一步打开流量调整阀13的开度。
在步骤S204,ECU14以在步骤S203计算出的值控制流量调整阀13的开度。在本步骤的处理之后,本程序一度终止。
通过实施以上的控制程序,可降低排气通过旋风式捕集装置11时的压力损失。
另外,在本实施例中,旋风式捕集装置11一体化地设置在排气净化装置9的紧接着的下游,但不限于此,只要是流入旋风式捕集装置11的排气从排气净化装置9带走热量、变为高温,在旋风式捕集装置11内排气不产生冷凝水,也可旋风式捕集装置11从排气净化装置9离开而分离。
(实施例3)
接着,对实施例3进行说明。在此,对与上述实施例不同的结构进行说明,对相同的结构省略其说明。
图10是表示应用本实施例所涉及的内燃机的排气回流装置的内燃机及其进气排气系统的概略构成的图。
在本实施例中,在低压EGR通路31内设置有供低压EGR气体绕过旋风式捕集装置11的旁通通路17。
在旁通通路17配置有如下旁通阀18:为了使低压EGR气体在旁通通路17流通而打开、为了切断低压EGR气体在旁通通路17中的流通而关闭。该旁通阀18由电动致动器打开关闭。在ECU14通过电气配线连接有旁通阀18的致动器,由该ECU14控制旁通阀18。
在本实施例中,在低压EGR通路31内配置有旋风式捕集装置11。低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时产生很多压力损失。若该压力损失变大,则使得不能向内燃机供给期望量的低压EGR气体,低压EGR气体不足。因此,由于低压EGR气体不足,进气的氧浓度不会被降低、燃烧温度、燃烧速度不会被降低,在燃烧时产生NOx,导致排气排放物变差。
另外,为了供给不足的低压EGR气体而将排气节流阀10控制在关闭侧,则低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失进一步变大,并且,排气的流动阻塞,泵气损失增加,导致内燃机1的输出降低、燃料经济性变差。
因此,在本实施例中,做成为:在低压EGR通路31中流通的低压EGR气体流量小于第3预定流量、并且涡轮增压器5的转速低于预定转速的情况下,打开旁通阀18,所述第3预定流量是使乘载于低压EGR气体的异物不会到达压缩机5a的阈值,所述预定转速是即使由旋风式捕集装置11未捕集完的小粒径的异物到达压缩机5a也不会损伤压缩机5a的阈值。
另外,第3预定流量是成为下述阈值的低压EGR气体流量,该阈值是若为比该流量小的流量则不会使乘载在低压EGR气体中的异物到达压缩机5a的阈值。另外,预定转速是成为下述阈值的涡轮增压器5的转速,该阈值是若为比该转速低的转速则即使由旋风式捕集装置11未捕集完的小粒径的异物到达压缩机5a也不会损伤压缩机5a的阈值。
图11是表示根据内燃机1的运转状态打开旁通阀18的区域的图。图11的横轴表示内燃机1的内燃机转速,纵轴表示内燃机1的内燃机负载。图11中多条实线的特性曲线表示根据内燃机1的运转状态所要求的低压EGR气体流量,存在如下倾向:内燃机负载越为轻、中负载且内燃机转速越高、则内燃机所要求的低压EGR气体流量越增加。多条虚线的特性曲线表示根据内燃机的运转状态所要求的涡轮增压器5的转速,存在如下倾向:内燃机负载越为高负载并且内燃机转速越高、则内燃机1所要求的涡轮增压器5的转速越高。而且,斜线部表示满足打开旁通阀18的条件的区域(旁通阀打开区域)。作为旁通阀打开区域的斜线部是:低压EGR气体流量比第3预定流量小且涡轮增压器的转速比预定转速低的区域。
采用本实施例,在内燃机1的运转状态处于图11的斜线部的旁通阀打开区域的情况下,打开旁通阀18。于是,使在低压EGR通路31中流通的低压EGR气体绕过旋风式捕集装置11,该低压EGR气体在旁通通路17中流通。因此,低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失消除。因此,在低压EGR通路31的路径上的压力损失变小。
图12是表示低压EGR气体流量与低压EGR通路31的路径上的压力损失的关系的图。在图12中,虚线的特性曲线表示相对于低压EGR气体流量的低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失,实线的特性曲线表示相对于低压EGR气体流量的低压EGR气体通过旁通通路17时的压力损失。如图12所示,在打开旁通阀18、低压EGR气体通过旁通通路17的情况下压力损失变小。
这样在低压EGR通路31的路径上的压力损失降低,因此,可以向内燃机1供给期望量的低压EGR气体,供给到内燃机1的低压EGR气体不会不足。因此,可供给充分的低压EGR气体、降低进气的氧浓度、降低燃烧温度、燃烧速度,从而可降低燃烧时所产生的NOx、抑制排气排放物的恶化。
另外,不需要为了供给不足的低压EGR气体而将排气节流阀10控制为关闭侧,低压EGR气体通过旋风式捕集装置11时的压力损失不会进一步变大,另外,不会阻塞排气的流动,不会增加泵气损失,可以抑制内燃机1的输出降低、燃料经济性变差。
在此,使低压EGR气体流向旁通通路17,则使得低压EGR气体不通过旋风式捕集装置11,从而旋风式捕集装置11不能捕集异物。但是,在本实施例中,在低压EGR通路31中流通的低压EGR气体流量小于作为不会使乘载在低压EGR气体中的异物到达压缩机5a的阈值的第3预定流量、并且涡轮增压器5的转速低于作为即使由旋风式捕集装置11未捕集完的小粒径的异物到达压缩机5a也不会损伤压缩机5a的阈值的预定转速的情况下、打开旁通阀18。因此,即使不能由旋风式捕集装置11捕集异物、乘载在低压EGR气体中的异物也不会到达压缩机5a、或者即使由旋风式捕集装置11未捕集完的小粒径的异物到达压缩机5a也不会损伤压缩机5a。因此,能够抑制由异物混入内燃机1的进气系统所产生的不良影响。
接着,对本实施例所涉及的旁通阀18的控制程序进行说明。图13是表示本实施例所涉及的旁通阀18的控制程序的流程图。本程序每隔预定时间重复实施。另外,实施本程序的ECU14相当于本发明的第3控制单元。
在步骤S301,ECU14读取各种传感器的输出信号,检测出内燃机1的运转状态。在此,由与压缩机5a相邻配置的压缩机转速传感器等检测出涡轮增压器5的转速。
在步骤S302,ECU14根据在步骤S301检测出的内燃机1的运转状态,判断是否需要将低压EGR气体导入内燃机1。
在步骤S302肯定判定为需要将低压EGR气体导入内燃机1的情况下,转到步骤S303。在步骤S302否定判定为不需要将低压EGR气体导入内燃机1的情况下,转到步骤S307。
在步骤S303,ECU14根据在步骤S301检测出的内燃机1的运转状态计算出应导入的低压EGR气体流量。
在步骤S304,ECU14判断在步骤S303中计算出的低压EGR气体流量是否比第3预定流量小。
在步骤S304肯定判定为低压EGR气体流量比第3预定流量小的情况下,转到步骤S305。在步骤S304否定判定为低压EGR气体流量为第3预定流量以上的情况下,转到步骤S307。
在步骤S305,ECU14判断在步骤S301中检测出的涡轮增压器5的转速是否比预定转速低。
在步骤S305肯定判定为涡轮增压器5的转速比预定转速低的情况下,转到步骤S306。在步骤S305否定判定为涡轮增压器5的转速为预定转速以上的情况下,转到步骤S307。
在步骤S306,ECU14打开旁通阀18。在本步骤的处理之后,本程序一度终止。
另一方面,在步骤S307,ECU14关闭旁通阀18。在本步骤的处理之后,本程序一度终止。
通过实施以上的控制程序,使低压EGR气体绕过旋风式捕集装置11,可降低在低压EGR通路31的路径上的压力损失。
本发明所采用的内燃机的排气回流装置不限于上述实施例,在不脱离本发明的要旨的范围内也可施加各种变更。

Claims (4)

1.一种内燃机的排气回流装置,其特征在于,具有:
涡轮增压器,其具有配置在内燃机的排气通路的涡轮机、和配置在上述内燃机的进气通路的压缩机;
低压EGR通路,其从比上述涡轮机靠下游的上述排气通路将排气的一部分作为低压EGR气体取入,使该低压EGR气体向比上述压缩机靠上游的上述进气通路回流;
旋风式捕集装置,其配置在上述低压EGR通路,捕集上述低压EGR气体中的异物;
流量调整路,其使上述低压EGR气体从上述旋风式捕集装置的异物捕集部向比与上述低压EGR通路连接的连接部位靠下游的上述排气通路流出;
流量调整阀,其配置在上述流量调整路,调整在该流量调整路中流通的低压EGR气体流量;和
第1控制单元,其根据在上述低压EGR通路中流通的低压EGR气体通过上述旋风式捕集装置时的压力损失,开闭控制上述流量调整阀。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气回流装置,其特征在于,上述第1控制单元,
在上述低压EGR通路中流通的低压EGR气体流量比第1预定流量少的情况下,关闭上述流量调整阀,上述第1预定流量为使得上述低压EGR气体通过上述旋风式捕集装置时的压力损失的降低优先于由上述旋风式捕集装置捕集异物的阈值;
在上述低压EGR通路中流通的低压EGR气体流量为上述第1预定流量以上的情况下,以上述旋风式捕集装置能够捕集粒子直径大的异物的范围的开度打开上述流量调整阀,上述粒子直径大的异物是对上述内燃机的进气系统产生影响的粒子直径以上的异物。
3.一种内燃机的排气回流装置,其特征在于,具有:
涡轮增压器,其具有配置在内燃机的排气通路的涡轮机、和配置在上述内燃机的进气通路的压缩机;
催化剂,其配置在比上述涡轮机靠下游的上述排气通路,活化时变为高温;
旋风式捕集装置,其配置在上述催化剂的紧下游的上述排气通路,捕集排气中的异物;
低压EGR通路,其从比上述旋风式捕集装置靠下游的上述排气通路将排气的一部分作为低压EGR气体取入,使该低压EGR气体向比上述压缩机靠上游的上述进气通路回流;
流量调整路,其使排气从上述旋风式捕集装置的异物捕集部向比与上述低压EGR通路连接的连接部位靠下游的上述排气通路流出;
流量调整阀,其配置在上述流量调整路,调整在该流量调整路中流通的排气流量;和
第2控制单元,其根据在上述排气通路中流通的排气通过上述旋风式捕集装置时的压力损失,开闭控制上述流量调整阀。
4.根据权利要求3所述的内燃机的排气回流装置,其特征在于,上述第2控制单元,
在上述排气通路中流通的排气流量比第2预定流量少的情况下,关闭上述流量调整阀,上述第2预定流量为使得排气通过上述旋风式捕集装置时的压力损失的降低优先于由上述旋风式捕集装置捕集异物的阈值;
在上述排气通路中流通的排气流量为上述第2预定流量以上的情况下,以上述旋风式捕集装置能够捕集粒子直径大的异物的范围的开度打开上述流量调整阀,上述粒子直径大的异物是对上述内燃机的进气系统产生影响的粒子直径以上的异物。
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