JP2005264821A - 内燃機関の排気還流システム - Google Patents

Abstract

【課題】 コストの増大を招くことなく、機関冷間時の排気エミッションの悪化を抑制することができる技術を提供する。
【解決手段】 ＥＧＲ通路６０において、ＥＧＲクーラ６２よりも上流であって、かつ、バイパス通路７０との接続部７１よりも上流にＥＧＲ触媒６１を設ける。そして、ＥＧＲ触媒６１が活性状態となった場合に、ＥＧＲ触媒６１の温度を上昇させる昇温制御、及び、バイパス弁７３を開弁させターボチャージャ５０のノズルベーンを閉じ側に制御して排気の量を絞る弁制御を実行する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気還流システムに関する。

従来の内燃機関において、排気管をバイパスさせた通路に補助触媒を設置し、機関の冷間時には補助触媒に排気を流入させた技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記の内燃機関においては、機関冷間始動時用の補助触媒、及び、補助触媒を配設するためのバイパス路を新たに設けなければならず、コストの増大を招き、補助触媒及びバイパス路の設置スペースが必要となる、等といった問題が生じることが懸念される。
特開平７−９１２３２号公報 特開２０００−４５８８１号公報 特開平１１−８２１８４号公報

本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたものであり、コストの増大を招くことなく、機関冷間時の排気エミッションの悪化を抑制することができる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にあっては、
内燃機関の排気系及び吸気系に接続し、排気系から吸気系に排気の一部を還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられ、該ＥＧＲ通路を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲクーラよりも吸気系側の前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲ通路内を還流する排気の量を調整するＥＧＲ弁と、
排気系と前記ＥＧＲ通路とが接続する接続部よりも下流の排気系に設けられ、排気系を流れる排気の量を変更する排気量変更手段と、
前記排気量変更手段よりも下流の排気系と、前記ＥＧＲ弁よりも排気系側の前記ＥＧＲ通路とをつなぐバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、該バイパス通路から排気系へ流入する排気の量を調整するバイパス弁と、
排気系と前記バイパス通路とが接続する接続部よりも下流の排気系に設けられ、排気を浄化する排気系排気浄化手段と、
を備えた内燃機関の排気還流システムにおいて、
前記ＥＧＲクーラよりも排気系側であって、かつ、前記バイパス通路が接続する接続部よりも排気系側の前記ＥＧＲ通路に設けられ、該ＥＧＲ通路を流れる排気を浄化するＥＧＲ通路内排気浄化手段を備えることを特徴とする。

このように構成することにより、内燃機関の冷間時等で排気系排気浄化手段の排気浄化率が低い（排気系排気浄化手段が活性状態にない）場合に、ＥＧＲ通路内排気浄化手段を用いて排気を浄化することができる。ＥＧＲ通路内排気浄化手段は、ＥＧＲ通路の途中に設けるものであるため、補助触媒としてＥＧＲ通路内排気浄化手段を設けるためにバイパス路を設ける必要もなく、コストの増大を招くことなく、機関冷間時の排気エミッションの悪化を抑制することができる。さらに、ＥＧＲクーラやＥＧＲ弁に流入する未燃燃料（
例えば、ＨＣ）の量を抑制することができるので、ＥＧＲクーラやＥＧＲ弁に未燃燃料が付着してしまうことを抑制することができ、ＥＧＲクーラの冷却性能（冷却効率）の低下やＥＧＲ弁においてバルブスティックが発生してしまうことを抑制することが可能となる。

ここで、内燃機関から排出された排気は、排気系排気浄化手段に到達する経路よりも短い経路でＥＧＲ通路内排気浄化手段に到達するように設けられ、また、ＥＧＲ通路内排気浄化手段は排気系排気浄化手段よりも容量が小さく（排気浄化性能が小さく）設けられる。したがって、ＥＧＲ通路内排気浄化手段は排気系排気浄化手段よりも早期に活性状態となるものである。

上記の構成において、前記ＥＧＲ通路内排気浄化手段の排気浄化率が所定値以上であるか否かを判定するＥＧＲ側排気浄化率判定手段と、
前記ＥＧＲ側排気浄化率判定手段により前記ＥＧＲ通路内排気浄化手段の排気浄化率が所定値以上であると判定された場合に、該ＥＧＲ通路内排気浄化手段の温度を上昇させる昇温制御、及び、前記バイパス弁を開弁させて前記排気量変更手段により排気系を流れる排気の量を絞る弁制御を実行する制御手段と、
をさらに備えることも好ましい。

また、上記の構成において、前記ＥＧＲ通路内排気浄化手段の温度を検出するＥＧＲ側温度検出手段をさらに備え、
前記ＥＧＲ側排気浄化率判定手段は、前記ＥＧＲ側温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記ＥＧＲ通路内排気浄化手段の排気浄化率が所定値以上である否かを判定することも好ましい。この場合には、ＥＧＲ側温度検出手段により検出された温度が所定温度以上のときに、ＥＧＲ通路内排気浄化手段の排気浄化率が所定値以上であると判定するとよい。

ここで、ＥＧＲ通路内排気浄化手段の排気浄化率が所定値以上であるとは、ＥＧＲ通路内排気浄化手段が活性状態にあることを意味するものである。

そして、ＥＧＲ通路内排気浄化手段が活性状態となった場合には、ＥＧＲ通路内排気浄化手段の温度を上昇させて、上述した弁制御を実行することにより、ＥＧＲ通路内排気浄化手段に流入することにより温度が上昇したＥＧＲガス（排気）を排気系排気浄化手段に流入させることができるので、排気系排気浄化手段の温度を上昇させることができ、排気系排気浄化手段をより早期に活性状態とすることができる。

さらに、ＥＧＲ通路内排気浄化手段に流入することにより温度が上昇したＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラに流入することとなるので、ＥＧＲクーラの温度を上昇させることができる。ＥＧＲクーラは、内燃機関の冷却水の一部が循環する冷却水通路を有するもので、内燃機関の冷却水とＥＧＲ通路を流通する高温のＥＧＲガスとが熱交換することにより高温のＥＧＲガスを冷却させる、いわゆる熱交換器である。したがって、機関冷間時においては、ＥＧＲクーラの温度を上昇させることにより、熱交換によって内燃機関の冷却水の温度を上昇させることができる。これにより、内燃機関をより早期に暖機させることができ、燃料消費率の向上を図ることが可能となる。

上記の構成において、前記排気系排気浄化手段の排気浄化率が所定値以下であるか否かを判定する排気系排気浄化率判定手段と、
前記排気系排気浄化率判定手段により前記排気系排気浄化手段の排気浄化率が所定値以下であると判定された場合に、前記バイパス弁を開弁させるとともに、前記排気量変更手段により排気系を流れる排気の量を絞る制御手段と、
をさらに備えることも好ましい。

また、上記の構成において、前記排気系排気浄化手段の温度を検出する排気系温度検出手段をさらに備え、
前記排気系排気浄化率判定手段は、前記排気系温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記排気系排気浄化手段の排気浄化率が所定値以下である否かを判定することも好ましい。この場合には、排気系温度検出手段により検出された温度が所定温度以下であるときに、排気系排気浄化手段の排気浄化率が所定値以下であると判定するとよい。

また、上記の構成において、内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段をさらに備え、
前記排気系排気浄化率判定手段は、前記冷却水温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記排気系排気浄化手段の排気浄化率が所定値以下である否かを判定することも好ましい。この場合には、冷却水温度検出手段により検出された温度が所定温度以下のときに、排気系排気浄化手段の排気浄化率が所定値以下であると判定するとよい。

また、機関運転状態の履歴を記憶する手段を備え、記憶された履歴に基づいて、排気系排気浄化手段の排気浄化率が所定値以下である否かを判定することも好ましい。これには、例えば、内燃機関始動後の吸入空気量の積算値（積算吸入空気量）や、燃焼（点火）回数（これは例えば機関回転数から求めることができる）や、燃料噴射量の積算値などを適用することができ、これらが所定値以下であるときに、排気系排気浄化手段の排気浄化率が所定値以下であると判定するとよい。

ここで、排気系排気浄化手段の排気浄化率が所定値以下であるとは、排気系排気浄化手段が活性状態にないことを意味するものである。

このように、排気系排気浄化手段が活性状態にないことを判定する手段を設け、排気系排気浄化手段が活性状態にない場合にはバイパス弁と排気量変更手段とを制御して内燃機関から排出される排気をＥＧＲ通路内排気浄化手段に導くことができるので、より確実に排気エミッションの悪化を抑制することができる。なお、排気系排気浄化手段が活性状態にないと判定された場合には、前記排気量変更手段により排気系を流れる排気の量を可能な限り絞るとよい。

また、上記の構成において、前記排気量変更手段は、ノズルベーンを有する可変容量型過給機であり、該ノズルベーンの開度を調整することにより下流へ流れる排気の量を調整することも好ましい。また、前記排気量変更手段は、内燃機関から排出される排気によって吸気を圧縮する過給機（可変容量型でないもの）であってもよく、また、内燃機関から排出される排気の量を調整する排気絞り弁であってもよい。

上記の構成において、前記ＥＧＲ弁が閉弁状態にあるか否かを判定するＥＧＲ弁判定手段と、
前記ＥＧＲ通路内排気浄化手段の排気浄化性能を回復させるべきであるか否かを判定する回復判定手段と、
前記ＥＧＲ弁判定手段により前記ＥＧＲ弁が閉弁状態にあると判定され、かつ、前記回復判定手段により前記ＥＧＲ通路内排気浄化手段の排気浄化性能を回復させるべきであると判定された場合に、該ＥＧＲ通路内排気浄化手段の温度を上昇させる制御、及び、前記バイパス弁を開弁させる制御を実行する回復制御手段と、
をさらに備えることも好ましい。

このように構成することにより、ＥＧＲ通路内排気浄化手段の排気浄化性能が低下した
場合に、ＥＧＲ通路内排気浄化手段の排気浄化性能を回復させることができる。さらに、ＥＧＲ弁が閉弁状態にある場合に、ＥＧＲ通路内排気浄化手段の排気浄化性能を回復させる回復制御が実行されるため、回復制御実行中にＥＧＲ通路内排気浄化手段から排出されるガスが吸気系に還流することはない。したがって、内燃機関の燃焼に悪影響を及ぼすことなく、ＥＧＲ通路内排気浄化手段の回復制御を実行することが可能となる。

また、上記の構成において、前記排気量変更手段はノズルベーンを有する可変容量型過給機であり、
前記回復制御手段は、前記ＥＧＲ通路内排気浄化手段の温度を上昇させる制御、及び、前記バイパス弁を開弁させる制御を実行する場合に、さらに、前記ノズルベーンの開度をより閉じ側に調整することにより、下流へ流れる排気の量を絞ることも好ましい。

ＥＧＲ弁が閉弁状態にあり、バイパス弁が開弁状態にある場合においては、吸入空気量が低減し、また、排気がバイパス通路から排気系へ流入することによって、過給圧が低下してしまうことが懸念されるが、このように構成することにより、過給圧の低下を抑制することができる。ここで、ノズルベーンの開度をより閉じ側に調整するとは、ノズルベーンの開度を通常作動時よりも閉じ側に調整することを意味する。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

本発明によれば、コストの増大を招くことなく、機関冷間時の排気エミッションの悪化を抑制することができる技術を提供することが可能となる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関１の概略構成を示す図である。内燃機関１は、燃料供給系１０、気筒（燃焼室）２０、吸気系３０及び排気系４０等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンである。まず、本実施の形態に係る内燃機関１の基本構造及び機能について説明する。

燃料供給系１０は、サプライポンプ１１、コモンレール１２、燃料噴射弁１３、機関燃料通路１４等を備えて構成される。

サプライポンプ１１は、燃料タンク（図示略）から汲み上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路１４を介してコモンレール１２に供給する。コモンレール１２は、サプライポンプ１１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１３に分配する。燃料噴射弁１３は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、適宜開弁して気筒２０内に燃料を噴射供給する。

他方、サプライポンプ１１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を添加燃料通路１５を介して燃料添加弁１６に供給する。添加燃料通路１５には、サプライポンプ１１から燃料添加弁１６に向かって遮断弁１７及び調量弁１８が順次配設されている。遮断弁１７は、緊急時において添加燃料通路１５を遮断し、燃料供給を停止する。調量弁１８は、燃料添加弁１６に供給する燃料の圧力（燃圧）を制御する。燃料添加弁１６は、燃料噴射弁１３と同じくその内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、還元剤として機能する燃料を、適宜の量、適宜のタイミングで排気系４０に添加供給する。

吸気系３０は、各気筒２０内に供給される吸入空気の通路（吸気通路３１）を形成する。

一方、排気系４０は、各気筒２０から排出される排気ガスの通路を形成する。排気ガスの通路としては、排気の流れ方向に沿って上流から下流にかけ、エキゾーストマニホールド４１、排気通路４２が順次配設されている。

また、この内燃機関１には、可変ノズルベーン式の可変容量型過給機（ターボチャージャ）５０が設けられている。ターボチャージャ５０は、シャフト５１を介して連結された回転体５２，５３を備える。一方の回転体（タービンホイール）５２は排気系４０内の排気に晒され、他方の回転体（コンプレッサホイール）５３は、吸気系３０内の吸気に晒される。このような構成を有するターボチャージャ５０は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール５３を回転させ、吸気圧を高めるといったいわゆる過給を行う。また、タービンホイール５２が設けられるタービンハウジング５４には、タービンハウジング５４内の排気通路（ノズル通路）の断面積を変更させるノズルベーンが内装されている。

また、内燃機関１には、吸気通路３１とエキゾーストマニホールド４１とを連通する排気還流通路（以下、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路という）６０が設けられている。このＥＧＲ通路６０は、排気の一部を適宜吸気通路３１に戻す機能を有する。

ＥＧＲ通路６０には、同通路６０内を流れるガス（以下、ＥＧＲガスという）の流れ方向（図１中において矢印で示す）に沿って上流（排気系４０側）から下流（吸気系３０側）にかけ、ＥＧＲ触媒６１、ＥＧＲクーラ６２、ＥＧＲ弁６３が、順次配設されている。ここで、ＥＧＲ触媒６１は、本発明に係るＥＧＲ通路内排気浄化手段を構成している。

ＥＧＲクーラ６２は、ＥＧＲ通路６０の周囲を取り巻くように設けられ、ＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲ弁６３は、無段階に開閉される電子制御弁（開閉弁）であり、ＥＧＲガスの流量を自在に調整することができる。なお、排気系４０において、エキゾーストマニホールド４１とＥＧＲ通路６０との接続部（排気の一部がＥＧＲ通路６０に分流する分流部）６４よりも下流にターボチャージャ５０が設けられていることになる。

また、内燃機関１には、ＥＧＲ通路６０と排気通路４２とを連通するバイパス通路７０が設けられている。

バイパス通路７０とＥＧＲ通路６０とが接続する接続部（ＥＧＲ通路６０を流れるＥＧＲガスの一部がバイパス通路７０に分流する分流部）７１は、ＥＧＲ通路６０においてＥＧＲクーラ６２よりも下流（吸気系３０側）であって、かつ、ＥＧＲ弁６３よりも上流（排気系４０側）に設けられている。

また、バイパス通路７０と排気通路４２とが接続する接続部（バイパス通路７０を流れるＥＧＲガスが排気通路４２に合流する合流部）７２は、排気通路４２においてターボチャージャ５０よりも下流に設けられている。すなわち、バイパス通路７０はターボチャージャ５０をバイパスするように設けられている。

そして、バイパス通路７０には、ＥＣＵ８０の指令信号に従って無段階に開閉される電子制御弁（開閉弁）であるバイパス弁７３が設けられている。バイパス弁７３は、ＥＧＲ通路６０からバイパス通路７０を介して排気通路４２に流入するＥＧＲガスの流量を自在
に調整することができる。

また、排気通路４２においては、排気中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）等を浄化する排気浄化装置（以下、触媒という）４３が設けられている。触媒４３は、バイパス通路７０と排気通路４２とが接続する接続部７２よりも下流に設けられている。ここで、触媒４３は、本発明に係る排気系排気浄化手段を構成している。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）８０が併設されている。このＥＣＵ８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ等からなる論理演算回路を備え、各種センサの信号に基づいて、例えば、内燃機関１の運転状態を検出し、内燃機関１の各種構成要素を統括制御する。

ＥＣＵ８０には、内燃機関１に取り付けられたクランクポジションセンサ（図示略）、内燃機関１内を循環する冷却水の温度（冷却水温）に応じた信号を出力する水温センサ８３、吸気系３０を通じて気筒２０に導入される空気の流量（吸入空気量）に応じた信号を出力するエアフロメータ（図示略）、運転者によるアクセルペダル（図示略）の踏込量に応じた信号を出力するアクセルポジションセンサ（図示略）等、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ８０に入力されるようになっている。ここで、水温センサ８３は本発明に係る冷却水温度検出手段を構成している。

また、ＥＣＵ８０は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、機関回転数の演算、トルクの演算、燃料噴射量の演算、燃料噴射時期の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ８０が入力した各種信号やＥＣＵ８０が演算して得られた各種制御値は、該ＥＣＵ８０のＲＡＭに一時的に記憶される。

更に、ＥＣＵ８０は、各種のセンサやスイッチからの信号の入力、一定時間の経過、或いはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理において、ＲＡＭから各種制御値を読み出し、それら制御値に従って燃料噴射弁１３，ターボチャージャ５０（ノズルベーン），ＥＧＲ弁６３，バイパス弁７３などを制御する。

次に、本実施の形態の特徴について説明する。

本実施の形態において、ＥＧＲ触媒６１は、上述したように、ＥＧＲ通路６０において、ＥＧＲクーラ６２よりも上流であって、かつ、バイパス通路７０との接続部７１よりも上流に設けられている。

このようにＥＧＲ触媒６１を設けたことにより、内燃機関１の冷間時等、排気通路４２に設けられた触媒４３が活性状態にない場合においても、内燃機関１から排出される排気をＥＧＲ触媒６１に流入させることによって、排気エミッションの悪化を抑制することができる。

さらに、ＥＧＲ通路６０において、ＥＧＲ触媒６１はＥＧＲクーラ６２及びＥＧＲ弁６３よりも上流に設けられているので、ＥＧＲクーラ６２やＥＧＲ弁６３に流入してしまう燃料の量を抑制することができるので、ＥＧＲクーラ６２やＥＧＲ弁６３に燃料が付着してしまうことを抑制することができ、ＥＧＲクーラ６２の冷却性能の低下やＥＧＲ弁６３においてバルブスティックが発生してしまうことを抑制することができる。

次に、ＥＣＵ８０を通じて所定時間毎に実行される機関冷間時の制御について説明する。

ＥＣＵ８０は、機関冷間時においてＥＧＲ触媒６１が活性温度を超えた場合には、ＥＧＲ触媒６１の温度を上昇させる昇温制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ８０は、ＥＧＲ触媒６１の温度を検出する温度センサ８１により検出された温度が、活性温度以上、例えば、１５０〜２００℃以上かどうかを判定し、活性温度以上と判定された場合には以下のような昇温制御及び弁制御を実行する。ここで、ＥＣＵ８０や、内燃機関１の運転状態に関する情報を提供する各種センサは、本発明に係るＥＧＲ側排気浄化率判定手段や制御手段を構成している。また、温度センサ８１は、本発明に係るＥＧＲ側温度検出手段を構成している。

昇温制御としては、燃料噴射弁１３により行われる、内燃機関１の圧縮上死点近傍で気筒２０内に燃料を噴射する通常の主燃料噴射（主噴射）に加えて、排気行程中又は膨張行程中に気筒２０内に燃料を副次的に噴射するポスト噴射（副噴射）が有効である。

ポスト噴射においては、排気行程中又は膨張行程中に噴射された燃料が未燃燃料としてＥＧＲ触媒６１に流入し、ＥＧＲ触媒６１との反応熱により該触媒の温度が上昇する。

副噴射の量及び噴射時期は、アクセル開度と機関回転数と副噴射量又は副噴射時期との関係を予め導き出してマップ化しておきＲＯＭに記憶させておけば、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから算出することができる。

また、燃料添加弁１６を通じ、燃料を排気系４０に直接添加供給することによっても、上述した副噴射と同様、未燃燃料がＥＧＲ触媒６１に流入することとなり、ＥＧＲ触媒６１に担持された触媒との反応熱により該触媒の温度を上昇させることができる。燃料添加弁１６による燃料添加では、一度に添加することのできる燃料量や添加タイミングの自由度が、副噴射による場合よりも大きい。また、調量弁１８により燃料添加弁１６に供給する燃圧を調整することによって、燃料添加弁１６から排気系４０に供給される量を調整する。

そして、ＥＣＵ８０は、このような昇温制御の実行とともに、バイパス弁７３を開弁させターボチャージャ５０のノズルベーンを閉じ側に制御して排気の量を絞る弁制御を実行する。ターボチャージャ５０のノズルベーンを閉じ側にすることにより、ターボチャージャ５０を通過して排気通路４２を流れる排気の量を抑制することができる。

これにより、ＥＧＲ触媒６１に流入することにより温度が上昇したＥＧＲガスを触媒４３に流入させることができるので、触媒４３をより早期に活性状態とすることができる。さらに、ＥＧＲ触媒６１に流入することにより温度が上昇したＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ６２に流入してＥＧＲクーラ６２の温度を上昇させることができる。したがって、機関冷間時においては、熱交換によって機関の冷却水の温度を上昇させることができるので、内燃機関の暖機性の向上、燃料消費率の向上を図ることが可能となる。

このような制御は、さらに触媒４３の状態を考慮したものであるとよい。すなわち、ＥＣＵ８０は、触媒４３の温度を検出する温度センサ８２に検出された温度が、活性温度以下、例えば、２５０〜３００℃以下かどうかを判定し、活性温度以下と判定した場合には上述した弁制御において、ターボチャージャ５０のノズルベーンを可能な限り閉じて、内燃機関１から排出されるほぼ全量の排気がＥＧＲ触媒６１に流入するようにするとよい。

ここで、温度センサ８２に検出された温度が活性温度以下か否かを判定するかわりに、
水温センサ８３により検出された温度が所定値以下か否かを判定することとしてもよい。なお、ＥＣＵ８０や、内燃機関１の運転状態に関する情報を提供する各種センサは、本発明に係る排気系排気浄化率判定手段や制御手段を構成している。また、温度センサ８２は本発明に係る排気系温度検出手段を構成している。

これにより、触媒４３が活性状態にない場合には、内燃機関１から排出されるほぼ全量の排気をＥＧＲ触媒６１に流入させて浄化することができるので、より確実に排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。

なお、触媒４３が活性状態にある場合には、排気エミッションが悪化するおそれはないので、ターボチャージャ５０のノズルベーンは閉じ側に制御されればよく、可能な限り閉じる必要はない。また、上述した昇温制御及び弁制御の実行の有無にかかわらず、触媒４３の温度が活性温度以下と判定された場合においては、バイパス弁７３を開弁させターボチャージャ５０のノズルベーンを閉じ側に制御して排気の量を絞る弁制御を実行することによって、排気エミッションの悪化を抑制することができる。

また、内燃機関１の運転状態に基づいて決定される過給圧やＥＧＲ率等の条件によっては、ターボチャージャ５０に流入する排気の量や、ＥＧＲ通路６０を還流して吸気系３０に戻るＥＧＲガスの量を増量させることが必要となる可能性がある。このような場合には、バイパス弁７３を閉じ側に制御するか、または、上述した制御の実行を中断するようにしてもよい。

また、温度センサ８１，８２は、それぞれＥＧＲ触媒６１，触媒４３の温度を直接検出するものであっても、ＥＧＲ触媒６１，触媒４３に流入及び／又は流出する温度を検出してＥＧＲ触媒６１の温度を推定するものであってもよい。

また、上述した機関冷間時の制御が行われる場合においては、内燃機関１は、ターボチャージャ５０のかわりに可変容量機能を有していない過給機を備えるものであってもよく、また、排気絞り弁を備えるものであってもよい。過給機や排気絞り弁であっても、排気の量を絞る弁制御を実行して、排気通路４２を流れる排気の量を抑制することができる。

次に、ＥＣＵ８０を通じて所定時間毎に実行されるＥＧＲ触媒６１の被毒回復制御について説明する。

ＥＧＲ触媒６１においては、排気中に含まれる粒子状物質が付着したり詰まってしまう、いわゆるＳＯＦ被毒（ＳＯＦ：可溶性有機成分）やＰＭ詰まり等により、排気浄化性能が劣化してしまうことが懸念される。このような場合にＥＣＵ８０は、ＥＧＲ触媒６１の温度を高温にしてＳＯＦ分やＰＭつまり分を酸化除去する被毒回復制御を実行する。

ここで、本実施の形態の被毒回復制御時においては、ＥＧＲ弁６３が閉弁状態にある場合に実行することとしている。

ＥＣＵ８０は、機関運転状態からＥＧＲ弁６３が閉弁状態にあるか否かを判定し、また、被毒回復制御の実行時期であるか否かを判定する。ここで、ＥＣＵ８０や、内燃機関１の運転状態に関する情報を提供する各種センサは、本発明に係るＥＧＲ弁判定手段や回復判定手段や回復制御手段を構成している。

ＥＧＲ弁６３の開弁量は、基本的には内燃機関１の運転状態に基づき、予め設定されたマップを参照して決定されている。そこで、ＥＣＵ８０は、機関運転状態からＥＧＲ弁６３が閉弁状態にあるか否かを判定することとしているが、これに限らず、弁の開度を直接
検出する手段によりＥＧＲ弁が閉弁状態にあるか否かを判定してもよい。

また、ＥＣＵ８０は、被毒回復制御が実行されていない期間が所定期間に達しているか、あるいは被毒回復制御が実行されていない間に車輌が走行した距離が所定距離に達しているか等の条件が成立した場合に、被毒回復制御の実行時期である（ＥＧＲ触媒６１の排気浄化性能を回復させるべきである）と判定する。

ＥＣＵ８０は、ＥＧＲ弁６３が閉弁状態にあると判定し、また、被毒回復制御の実行時期であると判定した場合には以下のような被毒回復制御を実行する。

被毒回復制御として、ＥＣＵ８０は、ＥＧＲ触媒６１の温度を上昇させる昇温制御、及び、バイパス弁７３を開弁させる弁制御を実行する。

被毒回復制御の昇温制御においては、上述した機関冷間時の制御における昇温制御と同様に、ポスト噴射や燃料添加制御によりＥＧＲ触媒６１に未燃燃料を供給することにより実行されるものであるが、その設定温度は異なるものとなる。機関冷間時の制御では、未燃燃料を浄化可能な温度、例えば３００℃程度にＥＧＲ触媒６１を昇温させればよいが、被毒回復制御では、ＳＯＦ分を酸化除去のためには例えば４００℃程度、また、ＰＭつまり分の酸化除去のためには例えば６００℃程度にＥＧＲ触媒６１を昇温させることとなる。

このように被毒回復制御を実行することにより、ＥＧＲ触媒６１の排気浄化性能が低下した場合に、排気浄化性能を回復させることが可能となる。さらに、本実施の形態においては、ＥＧＲ弁６３が閉弁状態にある場合に被毒回復制御を実行しているため、被毒回復制御実行中にＥＧＲ触媒６１から排出されるガスが吸気系３０に還流することはなく、内燃機関１の燃焼に悪影響を及ぼすこともない。

ここで、ＥＧＲ弁６３を閉弁状態とし、バイパス弁７３を開弁状態とすることにより、過給圧が低下してしまうことが懸念されるが、このような場合には、ターボチャージャ５０のノズルベーンを通常作動時よりも閉じ側にしておくとよい。

これには、例えばコンプレッサホイール５３より下流の吸気通路内の圧力を検出する過給圧センサを設けることにより、過給圧センサにより検出された過給圧が、機関運転状態に応じて設定される目標過給圧よりも低下した場合に、ターボチャージャ５０のノズルベーンを通常作動時よりも閉じ側にするとよい。

なお、ＥＧＲ弁６３が開弁状態にある場合でも、機関運転状態や排気エミッションに悪影響を与えないような場合においては、ＥＧＲ弁６３を閉弁させる制御を加えた後で、上述した被毒回復制御を実行するようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の概略構成を示す図。

符号の説明

１ 内燃機関
１０ 燃料供給系
１１ サプライポンプ
１２ コモンレール
１３ 燃料噴射弁
１４ 機関燃料通路
１５ 添加燃料通路
１６ 燃料添加弁
１７ 遮断弁
１８ 調量弁
２０ 気筒
３０ 吸気系
３１ 吸気通路
４０ 排気系
４１ エキゾーストマニホールド
４２ 排気通路
４３ 触媒
５０ ターボチャージャ
５１ シャフト
５２ タービンホイール
５３ コンプレッサホイール
５４ タービンハウジング
６０ ＥＧＲ通路
６１ ＥＧＲ触媒
６２ ＥＧＲクーラ
６３ ＥＧＲ弁
６４，７１，７２ 接続部
７０ バイパス通路
７３ バイパス弁
８０ ＥＣＵ
８１，８２ 温度センサ
８３ 水温センサ

Claims (8)

1. 内燃機関の排気系及び吸気系に接続し、排気系から吸気系に排気の一部を還流させるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路に設けられ、該ＥＧＲ通路を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲクーラよりも吸気系側の前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲ通路内を還流する排気の量を調整するＥＧＲ弁と、
   排気系と前記ＥＧＲ通路とが接続する接続部よりも下流の排気系に設けられ、排気系を流れる排気の量を変更する排気量変更手段と、
   前記排気量変更手段よりも下流の排気系と、前記ＥＧＲ弁よりも排気系側の前記ＥＧＲ通路とをつなぐバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられ、該バイパス通路から排気系へ流入する排気の量を調整するバイパス弁と、
   排気系と前記バイパス通路とが接続する接続部よりも下流の排気系に設けられ、排気を浄化する排気系排気浄化手段と、
   を備えた内燃機関の排気還流システムにおいて、
   前記ＥＧＲクーラよりも排気系側であって、かつ、前記バイパス通路が接続する接続部よりも排気系側の前記ＥＧＲ通路に設けられ、該ＥＧＲ通路を流れる排気を浄化するＥＧＲ通路内排気浄化手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流システム。
2. 前記ＥＧＲ通路内排気浄化手段の排気浄化率が所定値以上であるか否かを判定するＥＧＲ側排気浄化率判定手段と、
   前記ＥＧＲ側排気浄化率判定手段により前記ＥＧＲ通路内排気浄化手段の排気浄化率が所定値以上であると判定された場合に、該ＥＧＲ通路内排気浄化手段の温度を上昇させる昇温制御、及び、前記バイパス弁を開弁させて前記排気量変更手段により排気系を流れる排気の量を絞る弁制御を実行する制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流システム。
3. 前記ＥＧＲ通路内排気浄化手段の温度を検出するＥＧＲ側温度検出手段をさらに備え、
   前記ＥＧＲ側排気浄化率判定手段は、前記ＥＧＲ側温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記ＥＧＲ通路内排気浄化手段の排気浄化率が所定値以上である否かを判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気還流システム。
4. 前記排気系排気浄化手段の排気浄化率が所定値以下であるか否かを判定する排気系排気浄化率判定手段と、
   前記排気系排気浄化率判定手段により前記排気系排気浄化手段の排気浄化率が所定値以下であると判定された場合に、前記バイパス弁を開弁させるとともに、前記排気量変更手段により排気系を流れる排気の量を絞る制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気還流システム。
5. 前記排気系排気浄化手段の温度を検出する排気系温度検出手段をさらに備え、
   前記排気系排気浄化率判定手段は、前記排気系温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記排気系排気浄化手段の排気浄化率が所定値以下である否かを判定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気還流システム。
6. 内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段をさらに備え、
   前記排気系排気浄化率判定手段は、前記冷却水温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記排気系排気浄化手段の排気浄化率が所定値以下である否かを判定することを特徴とする請求項４または５に記載の内燃機関の排気還流システム。
7. 前記ＥＧＲ弁が閉弁状態にあるか否かを判定するＥＧＲ弁判定手段と、
   前記ＥＧＲ通路内排気浄化手段の排気浄化性能を回復させるべきであるか否かを判定する回復判定手段と、
   前記ＥＧＲ弁判定手段により前記ＥＧＲ弁が閉弁状態にあると判定され、かつ、前記回復判定手段により前記ＥＧＲ通路内排気浄化手段の排気浄化性能を回復させるべきであると判定された場合に、該ＥＧＲ通路内排気浄化手段の温度を上昇させる制御、及び、前記バイパス弁を開弁させる制御を実行する回復制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の排気還流システム。
8. 前記排気量変更手段はノズルベーンを有する可変容量型過給機であり、
   前記回復制御手段は、前記ＥＧＲ通路内排気浄化手段の温度を上昇させる制御、及び、前記バイパス弁を開弁させる制御を実行する場合に、さらに、前記ノズルベーンの開度をより閉じ側に調整することにより、下流へ流れる排気の量を絞ることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気還流システム。

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