CN101925731A - 内燃发动机的排气再循环装置 - Google Patents

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Abstract

一种内燃发动机(1)的排气再循环装置(50)，包括：连接所述内燃发动机的排气通道(6)和进气通道(3)的排气再循环通道(51)；在关闭时阻塞所述排气再循环通道的排气再循环阀(54)；设置在所述排气再循环通道中的与所述排气通道(6)相连的连接部与所述排气再循环阀的安装位置之间并对在所述排气再循环通道中流动的排气进行净化的排气再循环催化剂(52)。所述排气再循环装置执行排气再循环控制，通过所述排气再循环控制，打开排气再循环阀并使在排气通道中流动的排气经由排气再循环通道再循环到进气通道。所述排气再循环催化剂布置在所述排气再循环通道中的所述连接部(55)附近。

Description

内燃发动机的排气再循环装置
技术领域
本发明涉及一种内燃发动机的排气再循环装置。更具体地，本发明涉及包括排气再循环(EGR)通道、排气再循环阀以及排气再循环催化剂的内燃发动机的排气再循环装置，其中，排气再循环通道连接内燃发动机的排气通道和进气通道，排气再循环阀在关闭时阻塞排气再循环通道，排气再循环催化剂对在排气再循环通道中流动的排气进行净化，并且所述排气再循环装置促使在排气通道中流动的排气再循环到进气通道。
背景技术
已知一种排气再循环装置，其中，排气经由连接内燃发动机的排气通道和进气通道的排气再循环通道再循环到进气通道。所谓外部排气再循环能够提高燃料消耗，通过外部排气再循环，经由排气再循环通道在内燃发动机的气缸内部对排气进行再循环。
正如在日本专利申请公开No.2005-264821(JP-A-2005-264821)中所公开的内燃发动机的排气再循环系统中一样，对在排气再循环通道中流动的排气进行净化的排气再循环催化剂以及对在排气再循环通道中流动的排气量进行调节的排气再循环阀有时设置在经由排气再循环通道而将排气再循环到进气通道的装置的排气再循环通道中。
为了能够使排气再循环催化剂提供充分的净化功能，排气再循环催化剂必须呈预热状态，在该预热状态下，排气再循环催化剂温度等于或高于预定的温度。因此，理想的是禁止排气再循环催化剂的温度在内燃发动机的运转期间降低并维持排气再循环催化剂的预热状态。禁止排气再循环催化剂在内燃发动机的运转期间的温度降低迄今尚未得以充分研究。
例如，当已经在排气再循环通道中设置排气再循环阀时，排气再循环阀不必总是打开的。存在这样的时长：其中，排气再循环阀关闭、排气再循环通道受到阻塞、并且排气不流入排气再循环通道中。该时长是基于内燃发动机的运转条件等来确定的。当排气因此不流至排气再循环通道时，排气再循环催化剂温度可能下降，并且净化性能可能降低。
相应地，理想的是能够降低内燃发动机的排气再循环装置中的排气再循环催化剂的温度，其中该排气再循环装置包括连接内燃发动机的排气通道和进气通道的排气再循环通道、在关闭时阻塞排气再循环通道的排气再循环阀、以及对在排气再循环通道中流动的排气进行净化的排气再循环催化剂，并且该排气再循环装置执行排气再循环控制，通过排气再循环控制，打开排气再循环阀，并使在排气通道中流动的排气经由排气再循环通道再循环到进气通道。
发明内容
本发明提供了一种内燃发动机的排气再循环装置，包括：排气再循环通道，所述排气再循环通道连接所述内燃发动机的排气通道和所述内燃发动机的进气通道；排气再循环阀，所述排气再循环阀在关闭时阻塞所述排气再循环通道；排气再循环催化剂，所述排气再循环催化剂对所述排气再循环通道中流动的排气进行净化，并且所述排气再循环装置执行排气再循环控制，通过所述排气再循环控制打开所述排气再循环阀并使在所述排气通道中流动的排气经由所述排气再循环通道再循环到所述进气通道，其中，能够禁止排气再循环催化剂的温度降低。
本发明提供了一种内燃发动机的排气再循环装置，包括：连接所述内燃发动机的排气通道和进气通道的排气再循环通道；在关闭时阻塞所述排气再循环通道的排气再循环阀；以及对在所述排气再循环通道中流动的排气进行净化的排气再循环催化剂，并且所述排气再循环装置执行排气再循环控制，通过所述排气再循环控制，打开排气再循环阀并使在排气通道中流动的排气经由排气再循环通道再循环到进气通道，其中，能够禁止排气再循环催化剂的温度降低，即使在关闭排气再循环阀的状态下也如此。
本发明的第一方面涉及一种内燃发动机的排气再循环装置，包括：排气再循环通道，所述排气再循环通道连接所述内燃发动机的排气通道和所述内燃发动机的进气通道；排气再循环阀，所述排气再循环阀设置在所述排气再循环通道中并且在关闭时阻塞所述排气再循环通道；排气再循环催化剂，所述排气再循环催化剂设置在所述排气再循环通道中的和所述排气通道相连的连接部与所述排气再循环阀的安装位置之间、对所述排气再循环通道中流动的排气进行净化、并且布置在所述排气再循环通道中的所述连接部附近；以及控制单元，所述控制单元执行排气再循环控制，通过所述排气再循环控制打开所述排气再循环阀并使在所述排气通道中流动的排气经由所述排气再循环通道再循环到所述进气通道。
在第一方面中，所述排气再循环催化剂可以设置在如下位置：在所述排气再循环阀关闭的状态下由于所述内燃发动机的运转所引起的排气的压力波动而从所述排气通道流入所述排气再循环通道中的排气所能够到达的位置。
在第一方面中，流入的排气所能够到达的位置可以是如下位置：在该位置处，所述排气再循环通道中的所述连接部与所述排气再循环催化剂之间的部分的体积小于由于所述内燃发动机的运转所引起的排气的压力波动而从所述排气通道流入所述排气再循环通道中的排气体积的最小值。
在第一方面中，对在所述排气再循环通道中流动的排气进行冷却的排气再循环冷却装置可设置在所述排气再循环通道中的所述排气再循环阀的安装位置与所述排气再循环催化剂的安装位置之间，其中，所述排气再循环冷却装置可以设置在如下位置：在该位置处，防止在所述排气再循环阀关闭的状态下由于所述内燃发动机的运转所引起的排气的压力波动而从所述排气再循环冷却装置流出的排气到达所述排气再循环催化剂。
在第一方面中，能够防止流出的排气到达所述排气再循环催化剂的位置可以是如下位置：在该位置处，所述排气再循环通道中的所述排气再循环冷却装置与所述排气再循环催化剂之间的部分的体积大于由于所述内燃发动机的运转所引起的排气的压力波动而从所述排气再循环冷却装置朝向所述排气再循环催化剂流出的排气体积的最大值。
在第一方面中，可以设置检测或估算所述排气再循环催化剂的温度的温度检测/估算单元，其中，只要所述温度检测/估算单元检测或者估算的温度等于或低于提前设定的预定温度，则所述控制单元维持所述排气再循环阀处于关闭状态。
根据第一方面，在如下内燃发动机的排气再循环装置中，其中所述排气再循环装置包括连接所述内燃发动机的排气通道和进气通道的排气再循环通道、在关闭时阻塞所述排气再循环通道的排气再循环阀、以及对在所述排气再循环通道中流动的排气进行净化的排气再循环催化剂并且所述排气再循环装置执行打开排气再循环阀并使在排气通道中流动的排气再循环到进气通道的排气再循环控制，排气再循环催化剂设置在排气再循环通道中的和排气通道相连的连接部与排气再循环阀之间并布置在排气再循环通道中的连接部附近。因而，在排气通道中流动的排气容易地到达排气再循环催化剂。例如，从排气通道流入排气再循环通道中的排气由于内燃发动机的运转所引起的排气的压力波动而容易到达排气再循环催化剂。因而，能够通过排气热来禁止排气再循环催化剂的温度降低。
附图说明
从参考附图对示例性实施方式的以下描述中，本发明的前述和另外的目的、特征以及优点将变得清楚，其中，使用相同的数字表示相同的元件，并且其中：
图1是本发明内燃发动机的排气再循环装置的实施方式的示意性结构图；且
图2是图示本发明内燃发动机的排气再循环装置的实施方式的运转流程图。
具体实施方式
以下将参考附图来描述本发明的内燃发动机的排气再循环装置的实施方式。
(实施方式)以下将参考图1和图2来描述实施方式。本实施方式涉及一种内燃发动机的排气再循环装置，该排气再循环装置包括连接所述内燃发动机的排气通道和进气通道的排气再循环通道、在关闭时关断排气再循环通道的排气再循环阀；以及对在排气再循环通道中流动的排气进行净化的排气再循环催化剂。该排气再循环装置使得排气通道中流动的排气进行再循环。
图1是本实施方式的装置的示意性结构图。
图1示出了发动机1。发动机1是安装在诸如客车和卡车之类的车辆上的所谓的四冲程发动机。在该发动机中，随着以可往复运动的方式设置的活塞(图中未示出)在气缸2中往复运动两次而完成一系列四个行程：进气行程、压缩行程、膨胀行程、以及排气行程。本实施方式的内燃发动机的排气再循环装置50不局限于这种系统的内燃发动机，而是能够应用于各种类型的内燃发动机。发动机1具有四个气缸2。进气歧管(进气通道)3和排气歧管(排气通道)4连接至发动机1。
进气歧管3具有四个进气支管3a和稳压罐3b。每个进气支管3a都连接至相应的不同气缸2。稳压罐3b在进气歧管3中设置在进气支管3a的沿进气流方向的上游。进气支管3a的位于上游侧的端部连接至稳压罐3b，并且进气支管3a的位于下游侧的端部连接至气缸2。
进气管5连接至稳压罐3b。经由进气管5将空气引入稳压罐3b中。
排气歧管4分支出四个排气支管4a。每个排气支管4a都连接至相应的不同气缸2。四个排气支管4a在合并部4b中相互连接。在气缸2中产生的排气(燃烧气体)流入相应的排气支管4a，并在合并部4b中与从其它气缸2排出的排气汇合。排气管(排气通道)6与排气歧管4的位于合并部4b下游的端部相连接。对在排气管6中流动的排气进行净化的排气催化剂7设置在排气管6中。
本实施方式的发动机1设置有内燃发动机的排气再循环装置(以下简称为“排气再循环装置”)50，该排气再循环装置50使排气通道中流动的排气进行再循环。排气再循环装置50具有排气再循环通道51、排气再循环催化剂52、排气再循环冷却器(排气再循环冷却装置)53、以及排气再循环阀54。
排气再循环通道51连接发动机1的排气通道和进气通道。更具体地，排气再循环通道51的一个端部紧接在排气歧管4中的合并部4b之后(位于合并部4b的下游并且位于靠近合并部4b的部分中)。以下将排气再循环通道51和排气歧管4的连接部称为排气侧连接部55。排气再循环通道51的位于与连接至排气歧管4的端部相反侧的端部(另一端部)连接至稳压罐3b。以下将排气再循环通道51和稳压罐3b的连接部称为进气侧连接部56。
对在排气再循环通道51中流动的排气进行净化的排气再循环催化剂52、对在排气再循环通道51中流动的排气进行冷却的排气再循环冷却器53、以及打开和关闭排气再循环通道51的排气再循环阀54设置在排气再循环通道51中。排气再循环催化剂52设置在比排气再循环冷却器53和排气再循环阀54更靠近排气侧连接部55的位置。排气再循环冷却器53设置在排气再循环通道51中的排气再循环催化剂52的安装位置与排气再循环阀54的安装位置之间。
由此，当执行使排气在进气通道中再循环的排气再循环控制时，从排气歧管4流至排气再循环通道51的排气相继经过排气再循环催化剂52、排气再循环冷却器53、以及排气再循环阀54并流入到稳压罐3b中。以下将经由排气再循环通道51在进气通道中再循环的排气称为“排气再循环气体”。在稳压罐3b中流动的排气再循环气体与经由进气管5引入稳压罐3b中的空气(新空气)一起经由进气支管3a流入每个气缸2中。因而，实现所谓的外部排气再循环，即，使排气经由排气再循环通道51在发动机1的气缸2内循环。外部排气再循环能够改善发动机1的燃料消耗。
排气再循环催化剂52对排气再循环气体中包含的未燃烧燃料组分和颗粒物质(PM)进行净化。通过将排气再循环催化剂52安装在排气再循环冷却器53和排气再循环阀54的上游，禁止了未燃烧燃料组分等粘附至排气再循环冷却器53、排气再循环阀54、或者进气系统。因而，能够禁止在排气再循环冷却器53、排气再循环阀54、以及进气系统上的堆积物的形成和增加。
排气再循环冷却器53通过与冷却水的热交换来冷却排气再循环冷却器53中的排气再循环气体。通过排气再循环冷却器53冷却后的排气再循环气体在气缸2中再循环，从而降低燃烧气体温度并禁止发动机1的排放降级(有害物质的排出量增加)。
排气再循环阀54设置在进气侧连接部56中。排气再循环阀54可被调节至任意开度，从而使得有可能控制在排气再循环通道51中流动的排气的流量。此外，通过关闭排气再循环阀54能够阻塞排气再循环通道51。
承载发动机1的车辆(图中未示出)设置有控制单元20，该控制单元20具有控制车辆的各种部件的电子控制单元(ECU)。排气再循环阀54连接至控制单元20并由控制单元20控制。控制单元20具有控制排气再循环阀54的打开-关闭状态的功能。发动机1连接至控制单元20，并且，发动机1的诸如燃料喷射量和喷射正时之类的操作由控制单元20控制。本实施方式的控制单元20具有对排气再循环催化剂52的温度进行检测或估算的温度检测/估算单元的功能。
控制单元20执行排气再循环控制，通过排气再循环控制，打开排气再循环阀54并经由排气再循环通道51将在排气通道中流动的排气再循环至进气通道。控制单元20基于发动机1的运转条件，例如发动机1的发动机转速和负荷，来判定是否将排气再循环气体引入气缸2中(是否执行排气再循环控制)。此外，当判定要将排气再循环气体引入气缸2中时，控制单元20计算排气再循环率的目标值，排气再循环率是引入气缸2中的进气中排气再循环气体的比率。控制单元20执行排气再循环阀54的打开-关闭控制以实现目标排气再循环率。
在发动机1的一定运转条件下，不执行排气再循环控制，即，不将排气再循环到进气通道。当基于发动机1的运转条件确定不执行排气再循环控制时，控制单元20关闭排气再循环阀54并阻塞排气再循环通道51。
排气再循环催化剂52在低温条件下不能完全净化排气。因此，理想的是禁止排气再循环催化剂52的温度降低并处于这样的状态(预热状态)：在该状态下，排气再循环催化剂52当发动机1运转时具有充分的净化性能。但是，当排气再循环阀54关闭时，如以上所述，排气再循环气体不流入排气再循环催化剂52中。因此，有可能排气再循环催化剂52的温度会降低，并且排气再循环催化剂52的净化性能将下降。
相反，在本实施方式的排气再循环装置50中，排气再循环催化剂52设置在排气侧连接部55附近。因此，排气再循环催化剂52设置在排气再循环通道51中的与排气歧管4(排气通道)相连的连接部附近。因而，在排气歧管4中流动的排气流入到排气再循环通道51中并容易到达排气再循环催化剂52。例如，如以下将描述的，由于排气脉动而在排气再循环通道51中流动的排气容易到达排气再循环催化剂52。
在发动机1的运转期间，由于各气缸2中的一系列四个行程(进气行程、压缩行程、膨胀行程、以及排气行程)的重复而在排气通道中产生排气脉动。因为这些排气脉动，即使当排气再循环阀54关闭时，排气也会流入到排气再循环通道51中。换言之，随着发动机1运转，当排气歧管4内的压力由于在排气歧管4中流动的排气的压力波动而变为高于排气再循环通道51内的压力时，排气从排气歧管4流入到排气再循环通道51中。在排气歧管4内的压力变为低于排气再循环通道51内的压力的情况下，排气从排气再循环通道51流出并进入排气歧管4中。如此，由于排气脉动，排气从排气歧管4流入到排气再循环通道51中以及沿相反的方向流动，即，出现排气的“呼吸”。
在本实施方式中，排气再循环催化剂52设置在排气侧连接部55附近。因此，流到排气再循环通道51的排气由于排气歧管4内的压力与排气再循环通道51内的压力之间的差异而容易到达排气再循环催化剂52。因而，能够禁止排气再循环催化剂52的温度降低。
此外，因为排气再循环催化剂52设置在排气侧连接部55附近，所以排气再循环催化剂52的温度降低通过排气再循环通道51的热传导而得以禁止。在排气歧管4中流动的排气的热经由排气歧管4的壁部和排气再循环通道51的壁部传到排气再循环催化剂52。因为排气再循环催化剂52设置在排气侧连接部55附近，所以排气再循环催化剂52能够由于热传导而获得更多热量。因而，使用本实施方式的排气再循环装置50，能够禁止排气再循环催化剂52的温度降低。
在本实施方式中，排气再循环催化剂52的位置设置成能够更可靠地禁止排气再循环催化剂52的温度降低。排气再循环催化剂52布置在这样的位置：在该位置，不管发动机1的运转条件如何，由于排气脉动而流到排气再循环通道51的排气能够到达排气再循环催化剂52。因为排气所能够到达的位置依据发动机1的运转条件而不同，所以排气再循环催化剂52的安装位置是根据可到达位置最靠近排气侧连接部55(排气最难以到达排气再循环催化剂52)的运转条件来确定的。
可例如通过适当的测试来找到排气再循环催化剂52的安装位置。在各种运转条件下操作发动机1并确定排气再循环催化剂52的安装位置，使得即使在运转条件为从排气歧管4流入到排气再循环通道51中的排气所能够到达的位置最靠近排气侧连接部55的情况下，排气也能够到达排气再循环催化剂52。例如，在各种运转条件下测量由于排气脉动而从排气歧管4流到排气再循环通道51的排气的体积，并找到从排气歧管4流到排气再循环通道51的排气体积的最小值。然后确定排气再循环催化剂52的安装位置，使得排气再循环通道51中位于排气侧连接部55与排气再循环催化剂52之间的部分(见参考数字51a)的体积等于或小于体积的最小值。
排气再循环催化剂52的安装位置还可基于位于排气侧连接部55与排气再循环催化剂52之间的部分51a的长度而不是基于位于排气侧连接部55与排气再循环催化剂52之间的部分51a的体积来确定。在这种情况下，在各种运转条件下测量由于排气脉动而从排气歧管4流到排气再循环通道51的排气的到达距离(排气侧连接部55与流入排气再循环通道51中的排气已到达的并且是最靠近进气侧连接部56的点之间的距离)，并找到所述到达距离的最小值。然后确定排气再循环催化剂52的安装位置，使得排气再循环通道51中位于排气侧连接部55与排气再循环催化剂52之间的部分51a的长度(距离)等于或小于所述到达距离。
因为如此安装了排气再循环催化剂52，所以能够可靠地使由于排气脉动而从排气歧管4流到排气再循环通道51的排气到达排气再循环催化剂52，即使当排气再循环阀54关闭时也如此。从禁止排气再循环催化剂52的温度降低的立场，理想的是排气再循环催化剂52尽可能地靠近排气侧连接部55。例如，可以使排气再循环通道51中的位于排气侧连接部55与排气再循环催化剂52之间的部分51a的长度基本变为零。
此外，在本实施方式的排气再循环装置50中，排气再循环催化剂52和排气再循环冷却器53的相互设置确定为使得位于排气再循环冷却器53中的低温排气不会流回到排气再循环催化剂52并且不会使得排气再循环催化剂52温度降低。
更具体地，排气再循环通道51中的位于排气再循环催化剂52与排气再循环冷却器53之间的部分51b的长度(或体积)设定成使得能够防止由于排气波动而已经从排气再循环冷却器53流出的排气到达排气再循环催化剂52。如上所述，随着发动机1运转，在排气歧管4中流动的排气中出现压力波动。因而，排气从排气歧管4流到排气再循环通道51，或者，排气从排气再循环通道51流出到排气歧管4。因此，排气在排气再循环通道51内运动，即使当排气再循环阀54关闭时也如此。在这种情况下，当位于排气再循环冷却器53中的低温排气，即，经排气再循环冷却器53冷却后的排气，到达排气再循环催化剂52时，排气再循环催化剂52的温度降低。
在本实施方式中，如以下所述，排气再循环冷却器53设置成使得能够防止从排气再循环冷却器53流出的排气到达排气再循环催化剂52，甚至当排气由于排气波动而在排气再循环通道51内运动时也如此。
可例如通过适当的测试来找到排气再循环冷却器53的安装位置(相对于排气再循环催化剂52的位置)。在各种运转条件下操作发动机1并将排气再循环冷却器53安装成使得能够防止从排气再循环冷却器53流出的排气到达排气再循环催化剂52，即使在运转条件为流出的排气运动到最靠近排气侧连接部55的位置(最大运动程度)也是如此。例如，在发动机1的各种运转条件下测量由于排气脉动而从排气再循环冷却器53流出并流向排气再循环催化剂52的排气的流出量(由排气脉动所引起的呼吸量)，并将排气再循环催化剂52和排气再循环冷却器53的相互设置确定为使得排气再循环通道51中的位于排气再循环催化剂52与排气再循环冷却器53之间的部分51b的体积变为大于测量到的流出量的最大值。
排气再循环催化剂52和排气再循环冷却器53的相互设置还可基于排气再循环通道51中的位于排气再循环催化剂52与排气再循环冷却器53之间的部分51b的长度而不是基于排气再循环催化剂52与排气再循环冷却器53之间的部分51b的体积来确定。在这种情况下，在各种运转条件下测量由于排气脉动而从排气再循环冷却器53流出并流向排气再循环催化剂52的排气的运动量(运动距离)，并找到运动量的最大值。然后确定排气再循环催化剂52和排气再循环冷却器53的相互设置，使得排气再循环通道51中的位于排气再循环催化剂52与排气再循环冷却器53之间的部分51b的长度(距离)变为大于运动量的最大值。
当如此确定排气再循环催化剂52和排气再循环冷却器53的相互设置时，防止了从排气再循环冷却器53流出的低温排气到达排气再循环催化剂52并防止排气再循环催化剂52的温度降低，即使当排气在排气再循环阀54关闭的状态下由于排气脉动而在排气再循环通道51内运动时也如此。
例如，在高负荷运转条件或者在增大气缸内空气的充填效率的运转条件下，有必要尽可能地提高输出扭矩。因此，有时关闭排气再循环阀54以增大进气中空气(新空气)的比率。在这样的运转条件下，从发动机1排出的排气量大且排气压力升高(压力波动大)。因此，当在高负荷运转条件或者在增大气缸内空气的充填效率的运转条件下关闭排气再循环阀54时，可假设排气在排气再循环通道51内的运动范围将增大，并且从排气再循环冷却器53流出的排气将容易到达排气再循环催化剂52。在本实施方式的排气再循环装置50中，即使在这样的情况下，也能够防止从排气再循环冷却器53流出的低温排气到达排气再循环催化剂52，并能够防止排气再循环催化剂52的温度降低。
在本实施方式的排气再循环装置50中，排气侧连接部55设置成紧接排气歧管4的合并部4b之后。因而，如以下将描述的，可证明禁止排气再循环催化剂52的温度降低同时禁止排气再循环催化剂52的净化效率降低的效果。
此外，在本实施方式中，控制单元20执行空燃比控制使得流入排气催化剂7中的排气的空燃比变为化学计量空燃比。因此，执行供给至各气缸2中的燃料的喷射控制，使得当从气缸2排出的排气汇合并流入到排气催化剂中时，排气的空燃比变为化学计量空燃比。当在合并部4b中汇合之后排气的空燃比被如此控制为化学计量空燃比时，从各气缸2排出的排气的空燃比(在排气支管4a中流动的排气的空燃比)不必为化学计量空燃比。空燃比在气缸2之间改变，并且从各气缸2排出的排气的空燃比相对于化学计量空燃比可以是浓的或者稀薄的。从防止具有较高温度的排气被引入排气再循环催化剂52并禁止排气再循环催化剂52的温度降低的立场，理想的是将排气侧连接部55设置在合并部4b的上游。但是，当排气再循环通道51连接到合并部4b的上游时，流入到排气再循环通道51中的排气的空燃比能够相对于化学计量空燃比变浓或变稀，并且有可能的是排气再循环催化剂52不能提供充分的净化性能。
相反，在本实施方式中，排气再循环通道51与排气歧管4的合并部4b相连接或者紧接在合并部4b之后。因而，对空燃比取平均后的具有化学计量空燃比的排气流入到排气再循环通道51中，排气再循环催化剂52的净化效率的降低得以禁止，并且排气再循环催化剂52能够对排气进行有效净化。此外，因为排气再循环通道51连接在合并部4b的下游并尽可能位于上游侧，所以具有较高温度的排气能够被引导到排气再循环通道51。
此外，因为从各气缸2排出的浓排气或者稀薄排气在合并部4b中汇合，所以因主要包含在浓排气中的燃料的未燃烧组分和主要包含在稀薄排气中的氧而在合并部4b的下游产生反应热。因为位于排气歧管4中的合并部4b下游的排气到达排气再循环催化剂52，所以例如由排气再循环催化剂52在稀薄排气到达催化剂时所吸附的氧与已经到达催化剂的浓排气中所包含的未燃烧组分反应，从而使得有可能加热排气再循环催化剂52。因而，禁止排气再循环催化剂52的温度降低。
特别地，在本实施方式中，排气再循环催化剂52设置在这样的位置：即使在排气再循环阀54关闭的状态下，由于排气脉动而从排气歧管4流到排气再循环通道51的排气也能够到达该位置。因而，即使当排气再循环阀54关闭时，不仅通过排气热加热了排气再循环催化剂52，而且通过氧与燃料的未燃烧组分的反应热加热了排气再循环催化剂52。
如上所述，使用本实施方式的排气再循环装置50，因为排气再循环催化剂52设置在排气侧连接部55附近，所以从排气歧管4流到排气再循环通道51的排气能够容易到达排气再循环催化剂52，并且禁止了排气再循环催化剂52的温度降低。特别地，因为排气再循环催化剂52安装成使得由于排气脉动而流入到排气再循环通道51中的排气能够到达排气再循环催化剂52，所以能够更可靠地禁止排气再循环催化剂52的温度降低。
此外，在本实施方式的排气再循环装置50中，排气再循环催化剂52和排气再循环冷却器53的相互设置确定为使得位于排气再循环冷却器53中的低温排气不流回到排气再循环催化剂52并且不引起排气再循环催化剂52的温度降低。使介于排气再循环催化剂52与排气再循环冷却器53之间的排气再循环通道51的长度(体积)变大，以便能够防止已经从排气再循环冷却器53流出的排气到达排气再循环催化剂52，即使当位于排气再循环通道51内的排气由于排气中的伴随发动机1的运转的压力波动而运动时也如此。因此，在排气再循环阀54关闭的状态下，防止从排气再循环冷却器53流出的排气与排气再循环催化剂52接触并降低排气再循环催化剂52的温度。
以下将对当开始冷却时由控制单元20执行的排气再循环阀54的打开-关闭控制。
在本实施方式中，当排气再循环催化剂52未充分预热时，例如，当开始冷却时，控制单元20维持排气再循环阀54处于关闭状态直至排气再循环催化剂52达到预定的预热状态为止。因而，能够禁止因为在排气再循环催化剂52预热前排气再循环通道51中的排气流所引起的进气系统上的堆积物的累积。
在常规的排气再循环装置中，当排气再循环阀54关闭且排气未流入排气再循环通道51时，不能期望排气再循环催化剂52的温度上升。因此，有必要打开排气再循环阀54并使排气流入排气再循环通道51以预热排气再循环催化剂52。在这种情况下，因为排气在排气再循环催化剂52达到预定的预热状态、燃料的未燃烧组分或者PM未充分去除之前流经排气再循环催化剂52，所以可能粘附于进气系统。当未燃烧组分粘附于进气系统时，在进气系统中可能生产堆积物。
相反，在本实施方式的排气再循环装置50中，高温排气由于排气脉动而能够到达排气再循环催化剂52，即使当排气再循环阀54保持关闭时也如此。因此，当发动机1运转时，即使排气再循环阀54保持关闭，排气再循环催化剂52也被预热。因而，能够打开排气再循环阀54并且能够在排气再循环催化剂52的温度已经充分升高(例如，升高至等于或高于活化温度的温度)之后开始使排气流过排气再循环通道51。当排气再循环催化剂52未充分预热时，能够防止排气流入排气再循环通道51，并能够禁止进气系统中的堆积物的形成和增加。
通过基于运转条件的历史来估算排气再循环催化剂52的预热状态，可确定排气再循环催化剂52是否已经达到预定的预热状态。控制单元20依据由到达排气再循环催化剂52的排气所提供的热量以及排气再循环催化剂52的热容量来估算排气再循环催化剂52的预热状态。可例如依据由发动机1的运转条件确定的排气温度和由于排气脉动而到达排气再循环催化剂52的排气体积(流量)来得到由到达排气再循环催化剂52的排气所提供的热量。控制单元20预先存储映射，该映射示出发动机1的运转条件与对应于该运转条件的每预定时间间隔的排气再循环催化剂52的温度改变量之间的关系。控制单元20以已预先设定的预定的时间间隔基于发动机1的运转条件参考该映射来估算排气再循环催化剂52的温度改变量、对估算出的温度改变量求积分、并估算排气再循环催化剂52的当前温度(预热状态)。例如，能够将发动机1的发动机转速和输出扭矩(发动机负荷)用作为发动机1的运转条件。
图2是图示当控制单元20判定在已经开始冷却之后排气再循环阀54是否被打开时所执行的操作的流程图。当尚未判定排气再循环阀54被打开时(当尚未判定排气再循环催化剂52达到预定的预热状态时)，例如在已经开始冷却之后反复执行图2所示的流程图。
首先，在步骤S10中，通过控制单元20估算排气再循环催化剂52的当前温度。控制单元20基于发动机1的运转条件来估算在预先确定的预定的时间间隔中的排气再循环催化剂52的温度改变量，并且通过对估算出的温度改变量求积分来估算排气再循环催化剂52的当前温度。
然后，在步骤S20中，控制单元20判定在步骤S10中估算出的排气再循环催化剂52的当前温度是否高于预先设定的预定温度。该预定温度是用于判定排气再循环催化剂52是否已经达到预定的预热状态并能够充分净化排气的阈值。该预定温度是例如基于排气再循环催化剂52的活化温度来设定的。当步骤S20的判定结果显示排气再循环催化剂52的当前温度高于预定温度(步骤S20：是)时，控制流进行到步骤S30，而当催化剂的当前温度不高于预定温度(步骤S20：否)时，控制流结束。
在步骤S30中，控制单元20允许排气再循环阀54被打开。因而，确定已经完成执行将排气再循环到进气通道的排气再循环控制的准备。当基于发动机1的运转条件确定将要执行排气再循环控制时，控制单元20允许执行排气再循环控制。在执行了步骤S30的情况下，控制流结束。
只要在步骤S20中作出否定判断，则不允许打开排气再循环阀54。在这种情况下，控制单元20不允许执行排气再循环控制，即使当基于发动机1的运转条件已经判定将要执行排气再循环控制时也如此。
如上所述，通过基于估算出的排气再循环催化剂52的温度来判定排气再循环阀54是否被允许打开，在排气再循环催化剂52处于预热状态之前防止了排气流入排气再循环通道51。此外，能够使高温排气到达排气再循环催化剂52，并且排气再循环催化剂52能够由于因排气脉动所引起的排气呼吸作用而得以预热。

Claims (9)

1.一种内燃发动机的排气再循环装置，包括：
排气再循环通道，所述排气再循环通道连接所述内燃发动机的排气通道和所述内燃发动机的进气通道；
排气再循环阀，所述排气再循环阀设置在所述排气再循环通道中并且在关闭时阻塞所述排气再循环通道；
排气再循环催化剂，所述排气再循环催化剂设置在所述排气再循环通道中的和所述排气通道相连的连接部与所述排气再循环阀的安装位置之间、对所述排气再循环通道中流动的排气进行净化、并且布置在所述排气再循环通道中的所述连接部附近；以及
控制单元，所述控制单元执行排气再循环控制，通过所述排气再循环控制打开所述排气再循环阀并使在所述排气通道中流动的排气经由所述排气再循环通道再循环到所述进气通道。
2.如权利要求1所述的排气再循环装置，其中，
所述排气再循环催化剂设置在如下位置：在所述排气再循环阀关闭的状态下由于所述内燃发动机的运转所引起的排气的压力波动而从所述排气通道流入所述排气再循环通道中的排气所能够到达的位置。
3.如权利要求2所述的排气再循环装置，其中，
流入的排气所能够到达的位置是如下位置：在该位置处，所述排气再循环通道中的所述连接部与所述排气再循环催化剂之间的部分的体积小于由于所述内燃发动机的运转所引起的排气的压力波动而从所述排气通道流入所述排气再循环通道中的排气体积的最小值。
4.如权利要求2所述的排气再循环装置，其中，
流入的排气所能够到达的位置是如下位置：在该位置处，所述排气再循环通道中的所述连接部与所述排气再循环催化剂之间的部分的长度小于由于所述内燃发动机的运转所引起的排气的压力波动而从所述排气通道流入所述排气再循环通道中的排气的到达距离的最小值。
5.如权利要求1至4中任一项所述的排气再循环装置，其中，
所述排气再循环通道中的所述连接部与所述排气再循环催化剂之间的部分的长度基本为零。
6.如权利要求1至5中任一项所述的排气再循环装置，进一步包括：
排气再循环冷却装置，所述排气再循环冷却装置设置在所述排气再循环通道中的所述排气再循环阀的安装位置与所述排气再循环催化剂的安装位置之间并且对在所述排气再循环通道中流动的排气进行冷却，其中，所述排气再循环冷却装置设置在如下位置：在该位置处，防止在所述排气再循环阀关闭的状态下由于所述内燃发动机的运转所引起的排气的压力波动而从所述排气再循环冷却装置流出的排气到达所述排气再循环催化剂。
7.如权利要求6所述的排气再循环装置，其中，
能够防止流出的排气到达所述排气再循环催化剂的位置是如下位置：在该位置处，所述排气再循环通道中的所述排气再循环冷却装置与所述排气再循环催化剂之间的部分的体积大于由于所述内燃发动机的运转所引起的排气的压力波动而从所述排气再循环冷却装置朝向所述排气再循环催化剂流出的排气体积的最大值。
8.如权利要求6所述的排气再循环装置，其中，
能够防止流出的排气到达所述排气再循环催化剂的位置是如下位置：在该位置处，所述排气再循环通道中的所述排气再循环冷却装置与所述排气再循环催化剂之间的部分的长度大于由于所述内燃发动机的运转所引起的排气的压力波动而从所述排气再循环冷却装置朝向所述排气再循环催化剂流出的排气的运动距离的最大值。
9.如权利要求1至8中任一项所述的排气再循环装置，进一步包括：
温度检测/估算单元，所述温度检测/估算单元检测或估算所述排气再循环催化剂的温度，其中，只要所述温度检测/估算单元检测或者估算的温度等于或低于提前设定的预定温度，则所述控制单元维持所述排气再循环阀处于关闭状态。
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