CN1906391A - 用于内燃机的废气控制设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃机的废气控制设备，在内燃机(1)处于高负荷运行状态的情况下，同时微粒滤清器(6)的PM捕集能力强制恢复过程正在进行时，使EGR气体发生从排气通道(5)中的微粒滤清器(6)的下游部分到进气通道(2)中的压缩机壳体(30)的上游部分的回流，因而EGR气体被中冷器(4)冷却。在内燃机(1)处于低负荷运行状态的情况下，同时微粒滤清器(6)的PM捕集能力强制恢复过程正在进行时，EGR气体发生从排气通道(5)中的微粒滤清器(6)的下游部分到进气通道(2)中的中冷器(4)的下游部分的回流，从而防止EGR气体被不必要地冷却。

Description

用于内燃机的废气控制设备
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的废气控制设备。更具体地说，本发明涉及一种包括微粒滤清器和EGR(废气再循环)机构的废气控制设备。
背景技术
近来，包括微粒滤清器和EGR机构的内燃机的废气控制设备已经被广泛地应用。日本专利申请公开JP(A)4-22705号公开了这种废气控制设备的例子，其中，EGR气体从微粒滤清器的下游排出。而且，日本实用新型申请公开6-34122号和日本专利2675405号公开了相关技术。
同时，在上述相关技术中，对于从该微粒滤清器的下游排出的EGR气体应该供给哪一部分，没有给予充分的考虑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种技术，其中在包括微粒滤清器和EGR机构的废气控制设备中，EGR气体能够被促使向进气系统适当的回流。
根据本发明的一方面，当微粒滤清器的捕集能力被强制地恢复(以下，这个过程将称之为“PM捕集能力强制恢复过程”)时，EGR气体从该微粒滤清器的下游部分排出，并且EGR气体发生回流的部分根据内燃机的负荷而变化。
在内燃机的进气通道内设有增压器和中冷器的情况下，当内燃机的负荷等于或低于预定的负荷时，同时PM捕集能力强制恢复过程正在进行时，废气从排气通道中的微粒滤清器下游的部分向进气通道中的中冷器下游的部分发生回流。当内燃机的负荷高于预定负荷时，废气从该排气通道中的微粒滤清器下游部分向该进气通道中的增压器的上游部分发生回流。
内燃机的负荷可以根据加速踏板运行量获得。而且，当加速踏板运行量大于预定量时，可以确定内燃机的负荷高，而当加速踏板运行量等于或小于预定量时，可以确定内燃机的负荷低。
在PM捕集能力强制恢复过程正在进行时，微粒滤清器的温度升高到600℃或600℃以上，并且被捕集在微粒滤清器中的微粒物质(以下称之为“PM”)被氧化并被除去。
由于当PM被氧化时产生热量，微粒滤清器的温度会进一步升高，而微粒滤清器性能会恶化。但是，当一定量的废气流进该微粒滤清器中时，微粒滤清器的热量被废气带走，因此可抑制微粒滤清器的温度过分地升高。
同时，当EGR气体从微粒滤清器的上游排出，同时PM捕集能力强制恢复过程在进行时，流进微粒滤清器中的废气量减少。因此，微粒滤清器的温度会过分地增加。因此，可以想到，当PM捕集能力强制恢复过程正在进行时来防止废气再循环。但是，如果当PM捕集能力强制恢复过程正在进行时防止废气再循环，则生成的NOx(氮氧化物)的量可能增加。
因此，在PM捕集能力强制恢复过程正在进行时从微粒滤清器的下游部分排出EGR气体，该EGR气体能够再循环而不减少流进微粒滤清器的废气量。因此，能够抑制生成NOx以及微粒滤清器的温度过分地升高。
而且，当内燃机处于低负荷运行状态时，在较低温度的EGR气体供给内燃机的情况下，由于燃烧温度过分降低等原因燃烧可能变得不稳定。
同时，当内燃机处于高负荷运行状态时，在较高温度的EGR气体供给内燃机的情况下，进气量可能减少很大的程度。而且，由于EGR气体的热量而压缩端温度升高，点火正时可能变成不适当的正时。还有，由于进气量的减少、点火正时不适当的改变等可能引起烟雾等的发生。特别是，当PM捕集能力强制恢复过程正在进行时在微粒滤清器下游部分废气温度很可能变高。因此，进气量很可能减少并且压缩端温度很可能升高，并且很可能产生这样的烟雾。
因此，当PM捕集能力强制恢复过程正在进行时，在内燃机负荷等于或低于预定负荷的情况下，EGR气体发生向该进气通道中的中冷器的下游部分的回流。在这种情况下，可防止EGR气体被中冷器不必要的冷却。因此，利用EGR气体热量能够促进燃油的蒸发(雾化)，并且能够抑制燃烧温度过分地降低。
同时，当PM捕集能力强制恢复过程正在进行时，在内燃机负荷高于预定负荷的情况下，EGR气体发生向该进气通道中的中冷器的上游部分的回流。但是，当内燃机处于高负荷运行状态时，由于在增压器和中冷器之间的部分其压力可能变成高于排气通道的压力，优选EGR气体将发生向该进气通道中的增压器的上游部分的回流。
在这种情况下，由于EGR气体被中冷器冷却，较低温度的EGR气体产供给内燃机。结果，进气量减少，并且抑制压缩端温度过分升高，因此抑制烟雾等的发生。
因此，在根据本发明的用于内燃机的废气控制设备中，能够防止生成NOx的增加和微粒滤清器温度的过分升高。此外，能够适当地稳定内燃机的运行状态。
而且，用于内燃机的废气控制设备可以包括在该微粒滤清器的下游部分连接于排气通道的第一EGR气体排出管；在该微粒滤清器的上游部分连接于排气通道的第二EGR气体排出管；在增压器的上游部分连接于进气通道的第一EGR气体供给管；在中冷器的下游部分连接于进气通道的第二EGR气体供给管；公用EGR气体管，它的一端被分成两部分，其中一部分连接于第一EGR气体排出管，而其另一部分连接于第二EGR气体排出管，并且它的另一端被分成两部分，其中一部分连接于第一EGR气体供给管，而其另一部分连接于第二EGR气体供给管；设置在该公用EGR气体管其中一端的第一三通阀；以及置在该公用EGR气体管另一端的第二三通阀。
在如此构造的用于内燃机的废气控制设备中，在EGR气体从排气通道中的微粒过滤器的下游部分向进气通道中的中冷器下游部分发生回流的情况下(即在内燃机处于低负荷运行的状态下)，第一三通阀运行以便在第一EGR气体排出管和公用EGR气体管之间形成连通，而第二三通阀运行以便在第二EGR气体供给管和公用EGR气体管之间形成连通。
在EGR气体从排气通道中的微粒过滤器的下游部分向进气通道中的增压器上游部分发生回流的情况下(即在内燃机处于高负荷运行的状态下)，第一三通阀运行以便在第一EGR气体排出管和公用EGR气体管之间形成连通，而第二三通阀运行以便在第一EGR气体供给管和公用EGR气体管之间形成连通。
上述构造能够简化废气控制设备的结构。因此使得能够容易将该废气控制设备安装在车辆中，并且减少其制造成本。
该公用EGR气体管可以具有EGR冷却器，绕过该EGR冷却器的旁路通道，以及可阻止废气流过该EGR冷却器和废气流过该旁路通道的通道开关阀。
在如此构造的用于内燃机的废气控制设备中，在EGR气体发生从排气通道中的微粒过滤器下游部分到进气通道中的增压器下游部分的回流的情况下，该通道开关阀运行以便阻止废气流过EGR冷却器(即让废气流过该旁路通道)。在这种情况下，EGR气体不被该EGR冷却器或中冷器冷却。结果，供给内燃机的EGR气体的温度变高。因此能够引起燃油的蒸发(雾化)，并且能够抑制燃烧温度不必要的降低。因此燃烧是稳定的。
而且，在EGR气体发生从排气通道中的微粒过滤的下游部分到进气通道中的增压器的上游部分的回流的情况下，该通道开关阀运行以便阻止废气流过该旁路通道(即让废气流过公用EGR管)。在这种情况下，EGR气体被该EGR冷却器和中冷器冷却。结果，供给内燃机的EGR气体的温度能够可靠地降低，并且抑制进气量的减少和压缩端温度过分地升高。
当不进行PM捕集能力强制恢复过程时，EGR气体可以从该排气通道中的微粒滤清器的上游部分排出，并且EGR气体能够发生向进气通道中的中冷器的上游部分的回流。当EGR气体从该排气通道中的微粒滤清器的上游部分排出时，流进该微粒滤清器的废气量减少，因此，流进微粒滤清器中的PM的量减少。因此，能够减少进行PM捕集能力强制恢复过程的频度。
在上述用于内燃机的废气控制设备中，当进行微粒滤清器的PM捕集能力强制恢复过程时，能够进行EGR控制同时抑制该微粒滤清器的温度的过分升高和燃烧稳定性的减少。
附图说明
通过阅读下面的结合附图对本发明示例性实施例的详细说明，将会更好地懂得本发明的上述和其他特征、优点、技术和工业意义。
图1是示出应用本发明的实施例的内燃机结构的示意图；
图2是示出EGR控制程序的流程图；以及
图3是示出应用本发明的另一个实施例的内燃机结构的示意图。
具体实施方式
在下面的说明和附图中，将通过示例性实施例更详细地描述本发明。
下面将参考附图描述根据本发明示例性实施例的废气控制设备。图1是示出应用本发明的实施例的内燃机结构的示意图。图1所示的内燃机是压缩点火内燃机(柴油机)。
进气通道2连接于内燃机1。在该进气通道2中设置离心式增压器(在这个实施例中是涡轮增压器)3的压缩机壳体30。在该进气通道2中，中冷器4设置在该压缩机壳体30的下游。
而且，排气通道5连接于内燃机1。涡轮增压器3的涡轮壳体31设置在该排气通道5中。在该排气通道5中，微粒滤清器6设置在该涡轮壳体31的下游部分。
第一EGR气体排出管7在该微粒滤清器6的下游部分连接于该排气通道5。第二EGR气体排出管8在涡轮壳体31的上游部分连接于该排气通道5。该第一EGR气体排出管7和第二EGR气体排出管8连接于第一三通阀9。
除了第一、第二EGR气体排出管7和8，该第一三通阀9还连接于公用EGR气体管10。该公用EGR气体管10连接于第二三通阀11。
该第二三通阀11连接于第一EGR气体供给管12和第二EGR气体供给管13，以及公用EGR管10。该第一EGR气体供给管12在压缩机壳体30的上游部分连接于进气管2。该第二EGR气体供给管13在中冷器4的下游部分连接于进气通道2。
设置用于具有上述结构的内燃机的ECU14。该ECU14是包括CPU、ROM、RAM、备份RAM等的运算和逻辑电路。
该ECU14电连接于上述第一和第二三通阀9和11。因此，ECU14能够控制第一三通阀9和第二三通阀11。而且ECU14电连接于诸如加速器位置传感器15的各种传感器。来自各传感器的信号输出被输入该ECU14
该ECU14除了进行诸如燃油喷射控制的已知的控制之外，还根据来自各传感器的信号输出进行EGR控制，该EGR控制是本发明的主要点。下面将参考图2描述该EGR控制。
图2是示出EGR控制程序的流程图。该EGR控制程序预先存储在该ECU14的ROM中。EGR控制程序作为中断程序以预定的时间间隔进行。
在该EGR控制程序中，首先，在步骤S101，该ECU14判断PM捕集能力强制恢复标识值是否为“1”。该PM捕集能力强制恢复标识值在预先设置于该RAM等中的存放区。当该PM捕集能力强制恢复过程开始时，该值“1”存储在该存放区。当该PM捕集能力强制恢复过程完成时，该值“0”储存在该存放区。
在该PM捕集能力强制恢复过程中，微粒滤清器6在约600℃或600℃以上的高温下被强制设置在稀的大气中，因而，被捕集在该微粒滤清器中的微粒物质(以下称之为“PM”)被氧化并被除去。
当在步骤S101中判断PM捕集能力强制恢复标识值不是“1”(即该值为“0”)时，ECU14在步骤S106进行正常EGR控制。
在正常EGR控制中，ECU14控制第一三通阀9以便关闭该第一EGR排出管7，因而，在第二EGR排出管8和公用EGR管10之间形成连通。此外，ECU14控制第二三通阀11以便关闭第一EGR气体供给管12，因而在第二EGR气体供给管13和公用EGR管10之间形成连通。
在这种情况下，EGR气体被促使从排气通道5中的涡轮壳体31的上游部分到该进气通道2中的中冷器4的下游部分的回流。
在不进行PM捕集能力强制恢复过程的同时，EGR气体从该排气通道5中的微粒滤清器6的上游部分被排出的情况下，流进该微粒滤清器6的废气流量减少，因此流进该微粒滤清器6中的PM的量减少。结果，进行PM捕集能力强制恢复过程的频度减少，燃油效率提高。
同时，当在步骤S101判断PM捕集能力强制恢复标识值是“1”时，来自加速器位置传感器15的信号输出(即加速踏板运行量ACCP)在步骤S102被输入到ECU14。
在步骤S103，ECU14判断在步骤S102输入的加速踏板的运行量ACCP是否大于预定量D。
当ECU14在步骤S103判断该加速踏板的运行量ACCP大于预定量D时，ECU14判断内燃机1的运行状态处于高负荷运行状态。然后ECU14执行步骤S104。
在步骤S104ECU14控制第一三通阀9，以便关闭第二EGR气体排出管8，因而，在第一EGR气体排出管7和公用EGR管10之间形成连通。此外，ECU14控制控制第二三通阀11，以便关闭第二EGR气体供给管13，因而，在第一EGR气体供给管12和公用EGR管10之间形成连通。
在这种情况下，EGR气体被促使从排气通道5中的微粒滤清器6的下游部分到进气通道2中的压缩机壳体30的上游部分回流。
当从该排气通道5中的微粒滤清器6的下游部分排出EGR气体，同时PM捕集能力强制恢复过程正在进行时，EGR气体能够再循环而不减少废气流过该微粒滤清器6的流量。因此，能够抑制生成的NOx的量，同时抑制微粒滤清器6的温度过分升高。
在PM捕集能力强制恢复过程正在进行的同时内燃机1处于高负荷运行状态的情况下，EGR的温度可以升高到极高的温度。在这种情况下，如果高温的EGR气体供给进气通道2中的中冷器4的下游部分，由于进气量的减少和压缩端温度的升高而排放的烟雾量将增加。
但是，在这个实施例中，由于EGR气体供给进气通道2中的压缩机壳体30的上游部分，该EGR气体被中冷器4冷却。结果能够抑制进气量的减少和压缩端温度的升高，并且抑制排出的烟雾等的量增加。
因此，在PM捕集能力强制恢复过程正在进行的同时内燃机1处于高载荷运行状态的情况下，EGR气体发生从排气通道5中的微粒滤清器6的下游部分到进气通道2中的压缩机壳体30的上游部分的回流。因此，能够抑制NOx的生成，同时抑制微粒滤清器6的温度过分升高、烟雾的发生等。
参考图2，当ECU14在步骤S103判断加速踏板运行量ACCP等于或小于预定量D(即，ACCP≤D)时，该ECU14判断内燃机1的运行状态处于低负荷运行区，并且执行步骤S105。
在步骤S105，该ECU14控制第一三通阀9以便关闭第二EGR气体排出管8，因而在第一EGR气体排出管7和公用EGR气体管10之间形成连通。此外，该ECU14控制第二三通阀11以便关闭第一EGR气体供给管12，因而，在第二EGR气体供给管13和公用EGR气体管10之间形成连通。
除了在内燃机处于高负荷运行状态的情况，在这种情况下，也从微粒滤清器6的下游部分排出EGR气体。但是该EGR气体供给进气通道2中的中冷器4的下游部分。
在PM捕集能力强制恢复过程正在进行的同时内燃机1处于低载荷运行状态的情况下，压缩端温度很可能降低，并且燃烧温度很可能降低。因此，不太可能引起燃油的雾化。特别是，当EGR气体供给内燃机1时，压缩端温度降低，并且燃烧温度降低。因此内燃机1的燃烧稳定性可能变差。
但是，在这个实施例中，由于EGR气体供给进气通道2中的中冷器4的下游部，防止了该EGR气体不必要的冷却。结果抑制该压缩端温度降低和燃烧温度降低。因此，改善了内燃机1的燃烧稳定性。
根据已经描述的实施例，由于在PM捕集能力强制恢复过程正在进行的同时，EGR气体从排气通道中的微粒滤清器6的下游部分排出，因此能够再循环EGR气体同时防止微粒滤清器6的温度过分升高。而且根据本发明的实施例，由于在进行PM捕集能力强制恢复过程的同时被供给EGR气体的那部分根据内燃机1的负荷而变化，因此能够再循环EGR气体同时适当地稳定内燃机1的燃烧。
在该实施例中，废气控制设备不包括EGR冷却器。但是，如图3所示，公用EGR气体管10可以具有EGR冷却器16、绕过该EGR冷却器16的旁路通道17，以及阻止EGR气体流过该EGR冷却器16和该旁路通道17之一的旁路开关阀18。
在设置EGR冷却器16的这种结构中，在PM捕集能力强制恢复过程正在进行的同时内燃机1处于高负荷运行状态的情况下，ECU14控制第一和第二三通阀9和11，以便EGR气体发生从排气通道5中的微粒滤清器6的下游部分到进气通道2中的压缩机壳体30的上游部分的回流。此外，ECU14控制旁路通道开关阀18，以便EGR气体通过该EGR冷却器16。
在这种情况下，由于EGR气体被EGR冷却器16和中冷器4冷却，该EGR气体能够被可靠地冷却。而且，在这种情况下，与EGR气体只被EGR冷却器16冷却相比，可以使ERG冷却器的容量很小。
在PM捕集能力强制恢复过程正在进行的同时内燃机1处于低负荷运行状态的情况下，ECU14控制第一和第二三通阀9和11，以便EGR气体发生从排气通道5中的微粒滤清器6的下游部分到进气通道2中的中冷器4的下游部分的回流。此外，ECU14控制旁路通道开关阀18，以便使EGR气体通过该旁路通道17。
在这种情况下，由于EGR气体不被该EGR冷却器16或中冷器4冷却，EGR气体的热量不被减少，并且能促进燃油的雾化和压缩端温度升高。
因此，即便在废气控制设备包括EGR冷却器16，在PM捕集能力强制恢复过程正在进行的同时EGR气体也能够适当地再循环。而且，由于公用EGR气体管10上已具有EGR冷却器16，可以使该EGR冷却器16的数量达到最小，从而能够防止该废气控制设备难以安装在车辆中。

Claims (6)

1.一种用于内燃机的废气控制设备，其包括：设置在内燃机(1)的排气通道(5)中的微粒滤清器(6)；设置在内燃机(1)的进气通道(2)中的增压器(3)；设置在进气通道(2)中的该增压器(3)的下游部分的中冷器(4)；用于通过升高微粒滤清器(6)的温度来恢复该微粒滤清器(6)的捕集能力的滤清器恢复装置；以及用于获取内燃机(1)的负荷的负荷获取装置，其特征在于所述废气控制设备还包括：
EGR控制装置，该EGR控制装置用于在微粒滤清器(6)的捕集能力正在恢复的同时，在内燃机(1)的负荷等于或低于预定负荷的情况下，促使废气从排气通道(5)中的微粒滤清器(6)的下游部分向进气通道(2)中的中冷器(4)的下游部分回流，以及，在内燃机(1)的负荷高于预定负荷的情况下，促使废气从排气通道(5)中的微粒滤清器(6)的下游部分向进气通道(2)中的增压器(3)的上游部分回流。
2.如权利要求1所述的用于内燃机的废气控制设备，其特征在于还包括：
在微粒滤清器(6)的下游部分连接于排气通道(5)的第一EGR气体排出管(7)；
在微粒滤清器(6)的上游部分连接于排气通道(5)的第二EGR气体排出管(8)；
在增压器(3)的上游部分连接于进气通道(2)的第一EGR气体供给管(12)；
在中冷器(4)的下游部分连接于进气通道(2)的第二EGR气体供给管(13)；
公用EGR气体管(10)，它的一端分成两部分，其中一部分连接于第一EGR气体排出管(7)，另一部分连接于第二EGR气体排出管(8)，并且它的另一端分成两部分，其中一部分连接于第一EGR气体供给管(12)，另一部分连接于第二EGR气体供给管(13)；
设置在该公用EGR气体管(10)的所述一端的第一三通阀；以及
设置在该公用EGR气体管(10)的所述另一端的第二三通阀，其中
当该微粒滤清器(6)的捕集能力正在恢复时，在内燃机(1)的负荷等于或低于预定负荷的情况下，该EGR控制装置控制第一三通阀(9)以便在第一EGR排出管(7)和公用EGR气体管(10)之间形成连通，并且控制第二三通阀(11)以便在第二EGR气体供给管(13)和公用EGR气体管(10)之间形成连通，以及在内燃机(1)的负荷高于预定负荷的情况下，EGR控制装置控制第一三通阀(9)以便在第一EGR气体排出管(7)和公用EGR气体管(10)之间形成连通，并且控制第二三通阀(11)以便在第一EGR气体供给管(12)和公用EGR气体管(10)之间形成连通。
3.如权利要求2所述的用于内燃机的废气控制设备，其特征在于所述公用GER气体管(10)具有EGR冷却器(16)、绕过该EGR冷却器(16)的旁路通道(17)、以及阻止废气流过该EGR冷却器(16)和废气流过该旁路通道(17)其中之一的通道开关阀(18)；并且在微粒滤清器(6)的捕集能力正在恢复时，在内燃机(1)的负荷等于或低于预定负荷的情况下，该EGR控制装置控制通道开关阀(18)，以便阻止废气流过该EGR冷却器(16)，以及在内燃机(1)的负荷高于预定负荷的情况下，该EGR控制装置控制通道开关阀(18)，以便阻止废气流过该旁路通道(17)。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的用于内燃机的废气控制设备，其特征在于所述负荷获取装置基于车辆的加速踏板运行量(ACCP)来获取内燃机(1)的负荷。
5.如权利要求4所述的用于内燃机的废气控制设备，其特征在于当所述加速踏板运行量(ACCP)大于预定量(D)时，所述负荷获取装置确定该内燃机(1)的负荷为高，当该加速踏板运行量(ACCP)等于或小于预定量(D)时，该负荷获取装置确定该内燃机(1)的负荷为低。
6.如权利要求1所述的用于内燃机的废气控制设备，其特征在于当所述微粒滤清器(6)的捕集能力没有正在恢复时，所述EGR控制装置使得废气从排气通道(5)中的微粒滤清器(6)的上游部分向进气通道(2)中的中冷器(4)的下游部分回流。
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