JP2005351095A - 排気再循環装置を備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気通路に配置された排気浄化装置をバイパスするバイパス通路を有し、排気浄化装置の温度が設定温度を超えないようにバイパス通路が使用される時にも、排気浄化装置を通過した排気ガスによる排気再循環を可能とする排気再循環装置を備えた内燃機関を提供する。
【解決手段】 バイパス制御弁１６は、排気ガスがバイパス通路８を通過しないように、バイパス通路を閉鎖する第一状態と、排気ガスの一部が第一排気浄化装置６を通過すると共に残りの排気ガスがバイパス通路を通過するように、バイパス通路を開放する第二状態とにすることができ、第一排気再循環通路１０は、バイパス通路の合流部より上流側において排気通路４に接続されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、排気再循環装置を備えた内燃機関に関する。

排気ガスの一部を気筒内へ再循環させると、排気ガスの主成分である不活性ガスが大きな熱容量を有するために、燃焼温度が低下し、ＮＯ_Xの生成量を低減することが可能となる。このための排気再循環装置は、機関排気系と機関吸気系とを連通する排気再循環通路と、排気再循環通路を介して再循環させる排気ガス量を制御するための制御弁とを有している。

ところで、制御弁に排気ガス中の煤等の異物が付着すると、故障の原因となるために、排気再循環通路を機関排気系の排気浄化装置の下流側に接続し、制御弁には、排気浄化装置によって煤等の異物を浄化した排気ガスを通過させるようにすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような構成においても、機関排気系と機関吸気系との差圧を利用して排気再循環を行うために、この排気浄化装置は、機関本体近くに配置されて、排気浄化装置を通過した排気ガスの圧力が比較的高く維持されるようにすることが好ましい。こうして、再循環排気ガスを浄化するのに使用される排気浄化装置として、機関始動時に早期に昇温されるように機関本体近くに配置された機関始動時用排気浄化装置を利用することができる。

特開２０００−４１９７６号公報 特開平９−７２２２６号公報 特開２００３−１７２１８９号公報 特開平１１−２９４２１１号公報

特に、排気浄化装置が機関本体近くに配置される時には、排気浄化装置の温度が過剰に上昇する可能性があり、これを防止するために、排気浄化装置をバイパスするバイパス通路を設け、必要に応じて高温度の排気ガスが排気浄化装置をバイパスするようにすることが考えられる。

しかしながら、こうしてバイパス通路を通過した排気ガスは、排気浄化装置によって浄化されておらず、排気再循環通路を介して気筒内へ再循環させると前述した制御弁の故障の問題が発生する。それにより、排気ガスが排気浄化装置をバイバスしている間において排気再循環を停止すると、ＮＯ_X生成量が増加してしまう。

従って、本発明の目的は、排気通路に配置された排気浄化装置をバイパスするバイパス通路を有し、排気浄化装置の温度が設定温度を超えないようにバイパス通路が使用される時にも、排気浄化装置を通過した排気ガスによる排気再循環を可能とする排気再循環装置を備えた内燃機関を提供することである。

本発明による請求項１に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関は、排気通路に配置された第一排気浄化装置と、前記第一排気浄化装置の上流側に位置する前記排気通路からの分岐部及び前記第一排気浄化装置の下流側に位置する前記排気通路への合流部を有するバイパス通路と、バイパス制御弁と、前記第一排気浄化装置の下流側において前記排気通路に接続された第一排気再循環通路とを具備し、前記バイパス制御弁は、排気ガスが前記バイパス通路を通過しないように、前記バイパス通路を閉鎖する第一状態と、排気ガスの一部が前記第一排気浄化装置を通過すると共に残りの排気ガスが前記バイパス通路を通過するように、前記バイパス通路を開放する第二状態とにすることができ、前記第一排気再循環通路は、前記バイパス通路の前記合流部より上流側において前記排気通路に接続されていることを特徴とする。

また、本発明による請求項２に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関は、請求項１に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関において、前記バイパス通路の前記合流部より下流側において前記排気通路には第二排気浄化装置が配置され、第二排気再循環通路が前記第二排気浄化装置の下流側において前記排気通路に接続されていることを特徴とする。

また、本発明による請求項３に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関は、請求項２に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関において、機関運転領域に応じて、前記バイパス制御弁を選択的に前記第一状態又は前記第二状態とし、前記第一排気再循環通路を介しての再循環排気ガス量と、前記第二排気再循環通路を介しての再循環排気ガス量とが調整されることを特徴とする。

また、本発明による請求項４に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関は、請求項３に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関において、低負荷運転領域では、前記バイパス制御弁を前記第一状態とし、前記第一排気再循環通路を介してのみ排気再循環を実施することを特徴とする。

また、本発明による請求項５に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関は、請求項３に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関において、中負荷運転領域では、前記第一排気浄化装置の温度が設定温度を超えないようにするために、前記設定温度が比較的高い時には前記バイパス制御弁を前記第一状態とし、前記設定温度が比較的低い時には前記バイパス制御弁を前記第二状態とし、前記第一排気再循環通路を介して排気再循環を実施することを特徴とする。

また、本発明による請求項６に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関は、請求項５に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関において、前記中負荷運転領域において必要再循環排気ガス量に対して前記第一排気再循環通路を介しての再循環排気ガス量が不足する時には、前記第二排気再循環通路を介して排気再循環を実施することを特徴とする。

また、本発明による請求項７に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関は、請求項３に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関において、高負荷運転領域では、前記バイパス制御弁を前記第二状態とし、前記第一排気再循環通路及び前記第二排気再循環通路を介して排気再循環を実施し、前記第二排気再循環通路を介しての再循環排気ガス量を前記第一排気再循環通路を介しての再循環排気ガス量より多くすることを特徴とする。

また、本発明による請求項８に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関は、請求項３に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関において、前記バイパス制御弁が前記第一状態から前記第二状態へ切り換えられた時から設定時間の間は、前記第一排気再循環通路を介しての排気再循環を停止し、前記第二排気再循環通路を介して排気再循環を実施することを特徴とする。

また、本発明による請求項９に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関は、請求項１から８のいずれか一項に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関において、吸気通路には過給器が配置され、前記吸気通路へ供給される再循環排気ガスの圧力が、前記吸気通路の前記過給器より下流側の吸気圧より低い時には、前記再循環排気ガスは前記吸気通路の前記過給器より上流側へ供給されることを特徴とする。

本発明による請求項１に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関によれば、バイパス制御弁は、排気ガスがバイパス通路を通過しないように、バイパス通路を閉鎖する第一状態と、排気ガスの一部が第一排気浄化装置を通過すると共に残りの排気ガスがバイパス通路を通過するように、バイパス通路を開放する第二状態とにすることができ、排気浄化装置の温度が設定温度を超えないようにバイパス制御弁が第一状態とされて、高温度の排気ガスがバイパス通路を通過するようにされる時にも、一部の排気ガスは第一排気浄化装置を通過して浄化され、第一排気再循環通路は、バイパス通路の合流部より上流側において排気通路に接続されているために、こうして浄化された排気ガスを利用して、第一排気再循環通路を介しての排気再循環を実施することができる。

また、本発明による請求項２に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関によれば、請求項１に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関において、前記バイパス通路の前記合流部より下流側において前記排気通路には第二排気浄化装置が配置され、第二排気再循環通路が前記第二排気浄化装置の下流側において前記排気通路に接続されているために、第一排気再循環通路を介しての排気再循環に加えて、バイパス通路を通過する排気ガスが第二排気浄化装置によって浄化され、この排気ガスを第二排気再循環通路を介して再循環させることができる。

また、本発明による請求項３に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関によれば、請求項２に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関において、機関運転領域に応じて、バイパス制御弁を選択的に第一状態又は第二状態とし、第一排気再循環通路を介しての再循環排気ガス量と、第二排気再循環通路を介しての再循環排気ガス量とが調整されるために、各機関運転領域において、第一排気浄化装置により浄化された排気ガスと第二排気浄化装置により浄化された排気ガスとによって必要量の排気ガス量を再循環させることができる。

また、本発明による請求項４に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関によれば、請求項３に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関において、低負荷運転領域では、排気ガス温度が低いために、第一排気浄化装置が設定温度を超えて加熱されることはなく、バイパス制御弁を第一状態とし、バイパス通路を閉鎖して全ての排気ガスが第一排気浄化装置を通過するようにする。第一排気再循環通路を介しての再循環排気ガスは、第二排気再循環通路を介しての再循環排気ガスに比較して圧力が高いために、第一排気再循環通路を介してのみ排気再循環を実施することにより、良好な排気再循環が可能となる。

また、本発明による請求項５に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関によれば、請求項３に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関において、中負荷運転領域では、排気ガス温度が比較的高くなり、第一排気浄化装置の温度が設定温度を超えないようにしなければならず、設定温度が比較的高い時にはバイパス制御弁を第一状態として排気ガスがバイパス通路を通過しないようにしても良いが、設定温度が比較的低い時にはバイパス制御弁を第二状態として排気ガスがバイパス通路を通過するようにし、排気ガスの一部だけが第一排気浄化装置を通過するようにする。いずれにしても、第一排気浄化装置を通過した直後の比較的高圧の排気ガスを第一排気再循環通路を介して再循環させることができる。

また、本発明による請求項６に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関によれば、請求項５に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関において、中負荷運転領域において必要再循環排気ガス量に対して第一排気再循環通路を介しての再循環排気ガス量が不足する時には、第二排気再循環通路を介して排気再循環を実施し、第一排気浄化装置により浄化された排気ガスに加えて第二排気浄化装置により浄化された排気ガスによって必要再循環排気ガス量を確保することができる。

また、本発明による請求項７に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関によれば、請求項３に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関において、高負荷運転領域では、排気ガス温度がかなり高温度となるために、第一排気浄化装置の温度が設定温度を超えないようにするために、バイパス制御弁を第二状態として排気ガスがバイパス通路を通過するようにし、排気ガスの一部だけが第一排気浄化装置を通過するようにする。この時には、必要再循環排気ガス量が多くなるために、第一排気浄化装置を通過した一部の排気ガスだけでは、再循環排気ガス量が確実に不足するために、第一排気再循環通路及び第二排気再循環通路を介して排気再循環を実施し、第二排気再循環通路を介しての再循環排気ガス量を第一排気再循環通路を介しての再循環排気ガス量より多くことにより、必要再循環排気ガス量を確保することが可能となる。

また、本発明による請求項８に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関によれば、請求項３に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関において、バイパス制御弁が第一状態から第二状態へ切り換えられた時から設定時間の間は、第一排気浄化装置の直下流側の排気ガス圧力が変動し、第一排気再循環通路を介しての正確な再循環排気ガス量の調整が困難となるために、第一排気再循環通路を介しての排気再循環を停止し、第二排気再循環通路を介して排気再循環を実施することにより、必要再循環排気ガス量を正確に再循環させることができる。

また、本発明による請求項９に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関によれば、請求項１から８のいずれか一項に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関において、吸気通路には過給器が配置され、前記吸気通路へ供給される再循環排気ガスの圧力が、吸気通路の過給器より下流側の吸気圧より低い時には、再循環排気ガスを吸気通路の過給器より下流側へ再循環させることはできず、再循環排気ガスは吸気通路の過給器より上流側へ供給されるために、確実な排気再循環を実現することができる。

図１は、本発明による排気再循環装置を備えた内燃機関を示す概略図である。同図において、１は機関本体（例えば、理論空燃比での燃焼を意図した火花点火内燃機関）であり、２はインテークマニホルド、３はエキゾーストマニホルドである。エキゾーストマニホルド３に接続される排気通路４には、エキゾーストマニホルド３の直下流側においてターボチャージャのタービン５が配置され、タービン５の下流側には第一排気浄化装置６（例えば、三元触媒装置）が配置され、第一排気浄化装置６の下流側には第二排気浄化装置７（例えば、三元触媒装置）が配置されている。第一排気浄化装置６は、機関本体１近くに配置されて比較的小さな熱容量を有するために、機関始動時において早期に暖機され、機関始動直後から排気ガスを浄化することができる。

また、排気通路４には、タービン６と第二排気浄化装置７との間において、第一排気浄化装置６の上流側の分岐部と第一排気浄化装置６の下流側の合流部とを有して第一排気浄化装置６をバイパスするバイパス通路８が設けられている。バイパス通路８の合流部には、バイパス制御弁９が配置されている。また、排気通路４には、第一排気浄化装置６の下流側でバイパス通路８の合流部の上流側において第一排気再循環通路１０が接続され、第二排気浄化装置７の下流側において第二排気再循環通路１１が接続されている。

第一排気再循環通路１０は第一弁１２を有し、第二排気再循環通路１１は第二弁１３を有し、第一排気再循環通路１０及び第二排気再循環通路１１は互いに合流して冷却装置１４へ接続される。冷却装置１４の下流側の排気再循環通路１５は、切換弁１６を介して分岐している。

一方、インテークマニホルド２の上流側には吸気通路１７が接続されている。吸気通路１７には、上流側から順に、第一制御弁１８、スロットル弁１９、吸気冷却装置２０、ターボチャージャのコンプレッサ２１、第二制御弁２２、エアフローメータ２３が配置されている。切換弁１６を介して分岐した排気再循環通路１５は、一方において第一制御弁１８へ、他方において第二制御弁２２へ接続される。

図２は、第一排気浄化装置６近傍の拡大図である。バイパス制御弁１６は、一点鎖線で示す第一状態においてバイパス通路８を閉鎖し、また、実線で示す第二状態において、バイパス通路８を開放すると共に排気通路４の流路断面積を減少させる。こうして、バイパス制御弁１６を第一状態とすると、排気ガスの全ては第一排気浄化装置６を通過し、一方、バイパス制御弁１６を第二状態とすると、排気ガスの一部だけが第一排気浄化装置６を通過し、残りの排気ガスはバイパス通路８を通過するようになる。バイパス制御弁１６は、図２に示したフラップ弁に限定されることなく、第一状態に対応する排気ガス流れと、第二状態に対応する排気ガス流れとを実現可能である任意の形状とすることができる。もちろん、第二状態において、バイパス通路８が開放され、排気通路４の流路断面積を減少させなくても、排気通路４の流路抵抗とバイパス通路８の流路抵抗との関係によって、排気ガスの一部だけが第一排気浄化装置６を通過し、残りの排気ガスはバイパス通路８を通過するようになっていれば良い。

図３は、機関回転数と機関トルクとに基づき設定された運転領域を示すマップである。本実施形態において、運転領域は、例えば、低負荷、中負荷、及び高負荷の三つの領域Ａ，Ｂ，Ｃに分けられている。図４は、各運転領域Ａ，Ｂ，Ｃにおける排気再循環制御を示す第一フローチャートである。本フローチャートは、機関始動完了後に開始され所定時間毎に繰り返される。

先ず、ステップ１０１において、現在の機関運転状態が、低負荷運転領域Ａであるか否かが判断される。この判断が肯定される時には、排気ガス温度が比較的低いために、第一排気浄化装置６が設定温度を超えて加熱されて劣化が早まる等の問題は発生しない。それにより、ステップ１０２において、バイパス制御弁９は第一状態とされてバイパス通路８を閉鎖し、全ての排気ガスが第一排気浄化装置６を通過するようにする。また、第一弁１２を開弁制御すると共に第二弁１３は閉弁される。こうして、第一排気浄化装置６を通過した十分な量の排気ガスを第一排気再循環通路１０によって再循環させることができる。次いで、ステップ１０３において、切換弁１６は、コンプレッサ２１下流側に切り換えられ、冷却装置１４の下流側の排気再循環通路１５は、第一制御弁１８へ連通され、第一制御弁１８によって調量された所望量の排気ガスを各気筒へ再循環させることができる。

このように、低負荷運転領域Ａにおいては、第一排気浄化装置６を通過した直後の排気ガスを比較的多量に排気再循環に使用可能であり、この排気ガスは比較的高圧であるために、吸気通路１７のスロットル弁１９の下流側、すなわち、コンプレッサ２１の下流側へ再循環させることができる。第一排気浄化装置６を通過した排気ガスであっても、排気ガス中の煤等の異物が完全に除去されていないことがあり、特に、排気ガスのコンプレッサ２１への通過は最小限とすることが好ましい。

現在の運転領域が中負荷運転領域Ｂである時には、ステップ１０１における判断が否定されると共に、ステップ１０４における判断が肯定されてステップ１０５へ進む。この時には、排気ガス温度が比較的高くなるために、全ての排気ガスが第一排気浄化装置６を通過するようにすると、第一排気浄化装置６が設定温度を超えて加熱されることがある。それにより、ステップ１０５において、バイパス制御弁９は第二状態とされてバイパス通路８を開放し、一部の排気ガスだけが第一排気浄化装置６を通過し、残りの排気ガスはバイパス通路８を通過するようにする。また、第一弁１２を開弁制御すると共に第二弁１３は閉弁される。こうして、中負荷運転領域Ｂにおいても、第一排気浄化装置６を通過した排気ガスを第一排気再循環通路１０によって再循環させることができる。

しかしながら、こうして再循環可能な排気ガス量は、第一排気浄化装置６を通過した一部の排気ガスであるために、この時に必要な再循環排気ガス量に対して不足することがある。それにより、ステップ１０６において、第一排気再循環通路１０を介しての再循環排気ガス量が所望量に対して不足するか否かが判断され、この判断が否定される時にはそのままで良いが、肯定される時には、ステップ１０７において、第二弁１３を開弁制御する。こうして、第一排気再循環通路１０を介しての第一排気浄化装置６により浄化された排気ガスと、第二排気再循環通路１１を介しての第二排気浄化装置７により浄化された排気ガスとを合わせて再循環させる。

次いで、ステップ１０８において、切換弁１６の直上流側の排気ガス圧力Ｐと、吸気通路１７のコンプレッサ２１下流側の圧力（厳密には、スロットル弁１９の下流側の圧力）Ｐ’とが測定又は算出されて比較される。切換弁１６の直上流側の圧力Ｐがコンプレッサ２１下流側の圧力Ｐ’より高い時には、ステップ１０３において、前述同様に、切換弁１６をコンプレッサ２１下流側に切り換え、冷却装置１４の下流側の排気再循環通路１５は、第一制御弁１８へ連通される。それにより、最終的には、第一制御弁１８によって調量された所望量の排気ガスをコンプレッサ２１の下流側から各気筒へ再循環させることができる。

一方、切換弁１６の直上流側の圧力Ｐがコンプレッサ２１下流側の圧力Ｐ’以下である時には、コンプレッサ２１下流側へ排気ガスを再循環させることはできず、ステップ１０９において、切換弁１６をコンプレッサ２１上流側に切り換え、冷却装置１４の下流側の排気再循環通路１５は、第二制御弁２２へ連通される。それにより、最終的には、第二制御弁２２によって調量された所望量の排気ガスをコンプレッサ２１の上流側から各気筒へ再循環させる。

第二排気再循環通路１１を介して再循環させる排気ガスは、バイパス通路８及び第二排気浄化装置７を通過した後の排気ガスであるために、かなり圧力低下しており、こうして、第一排気再循環通路１０を介しての排気ガスに、第二排気再循環通路１１を介しての排気ガスを加えて再循環させる場合には、切換弁１６の直上流側の排気ガス圧力Ｐがコンプレッサ２１下流側の圧力Ｐ’以下となることがあり、この時には、排気ガスは、コンプレッサ２１の上流側へ供給されてコンプレッサ２１を通過することとなる。

この機会をできる限り減少させるために、第二排気再循環通路１１を介して再循環させる排気ガス量を少なくすることが好ましい。それにより、第一弁１２及び第二弁１３が共に開弁制御される際には、第一弁１２を最大に開弁させて、第一排気再循環通路１０を介して再循環させる排気ガス量を最大とし、それでも所望量の再循環排気ガス量に対して不足する分だけを、第二弁１３を開弁制御して第二排気再循環通路１１を介して再循環させるようにすることが好ましい。

現在の運転領域が高負荷運転領域Ｃである時には、ステップ１０１及び１０４における判断が否定されてステップ１１０へ進む。この時には、排気ガス温度が非常に高くなるために、全ての排気ガスが第一排気浄化装置６を通過するようにすると、第一排気浄化装置６が設定温度を超えて加熱される。それにより、ステップ１１０において、バイパス制御弁９は第二状態とされてバイパス通路８を開放し、一部の排気ガスだけが第一排気浄化装置６を通過し、残りの排気ガスはバイパス通路８を通過するようにする。

この時には、多量の排気ガスを再循環させることが必要であり、第一排気再循環通路１０を介しての排気再循環だけでは、所望量の再循環排気ガス量に対して不足するために、第一弁１２を開弁制御すると共に第二弁１３も開弁制御し、第二排気再循環通路１１を介しての排気再循環も実施する。この時においても、第一弁１２を最大に開弁させて、第一排気再循環通路１０を介して再循環させる排気ガス量を最大とし、所望量の再循環排気ガス量に対して不足する分だけを、第二弁１３を開弁制御して第二排気再循環通路１１を介して再循環させるようにすることが好ましい。

しかしながら、この時には所望量の再循環排気ガス量は多いために、結果的には、第二排気再循環通路１１を介しての再循環排気ガス量は、第一排気再循環通路１０を介しての再循環排気ガス量より多くなり、それにより、所望量の再循環排気ガス量が確保される。

次いで、ステップ１０８において、切換弁１６の直上流側の排気ガス圧力Ｐと、吸気通路１７のコンプレッサ２１下流側の圧力Ｐ’とが測定又は算出されて比較される。切換弁１６の直上流側の圧力Ｐがコンプレッサ２１下流側の圧力Ｐ’より高い時には、ステップ１０３において、切換弁１６をコンプレッサ２１下流側に切り換え、冷却装置１４の下流側の排気再循環通路１５は、第一制御弁１８へ連通され、最終的には、第一制御弁１８によって調量された所望量の排気ガスをコンプレッサ２１の下流側から各気筒へ再循環させることができる。

また、切換弁１６の直上流側の圧力Ｐがコンプレッサ２１下流側の圧力Ｐ’以下である時には、コンプレッサ２１下流側へ排気ガスを再循環させることはできず、ステップ１０９において、切換弁１６をコンプレッサ２１上流側に切り換え、冷却装置１４の下流側の排気再循環通路１５は、第二制御弁２２へ連通され、最終的には、第二制御弁２２によって調量された所望量の排気ガスをコンプレッサ２１の上流側から各気筒へ再循環させる。このようにして、各運転領域において、良好な排気ガス再循環を実施することができる。

ところで、第一排気浄化装置６の耐熱性が高くされていて、前述の設定温度が比較的高い場合には、中負荷運転領域Ｂにおいて排気ガス温度が比較的高くなっても、全ての排気ガスが第一排気浄化装置６を通過するようにしても良い。それにより、この場合には、ステップ１０５において、ステップ１０２と同様に、バイパス制御弁９は第一状態とされてバイパス通路８を閉鎖し、第一弁１２を開弁制御すると共に第二弁１３を閉弁する。

それにより、第一排気浄化装置６を通過した排気ガスを第一排気再循環通路１０によって再循環させ、もし、第一排気再循環通路１０を介しての排気ガスでは必要な再循環排気ガス量に対して不足する時には、前述同様に、ステップ１０７において、第二弁１３を開弁制御するようにする。この場合には、全ての排気ガスが第一排気再循環通路１０を通過するために、一部の排気ガスだけが第一排気再循環通路１０を通過する場合に比較して、第一排気再循環通路１０を介して多量の排気ガスを再循環させることができ、排気ガスをコンプレッサ２１の上流側から各気筒へ再循環させる機会が減少する。

ところで、ステップ１０５又は１１０において、バイパス制御弁９が第一状態から第二状態とされ、すなわち、バイパス通路８が開放されると、その直後において、第一排気浄化装置６の直下流側の排気ガス圧力が大きく変動するために、第一排気再循環通路１０を介して再循環させる排気ガス量を正確に制御することが困難となる。

それにより、ステップ１０５又は１１０において、バイパス制御弁９が第一状態から第二状態とされた時には、図５に示す第二フローチャートを実施するようにしても良い。本フローチャートによれば、ステップ２０１において、第一弁１２を閉弁すると共に第二弁１３を開弁制御し、バイパス制御弁９が第一状態から第二状態とされた直後においては、第一排気再循環通路１０を介しての排気再循環を停止し、第二排気再循環通路１１を介しての排気再循環だけを実施するようになっている。

次いで、ステップ２０２においては、切換弁１６の直上流側の排気ガス圧力Ｐと、吸気通路１７のコンプレッサ２１下流側の圧力Ｐ’とが測定又は算出されて比較される。切換弁１６の直上流側の圧力Ｐがコンプレッサ２１下流側の圧力Ｐ’より高い時には、ステップ２０３において、切換弁１６をコンプレッサ２１下流側に切り換え、冷却装置１４の下流側の排気再循環通路１５は、第一制御弁１８へ連通され、最終的には、第一制御弁１８によって調量された所望量の排気ガスをコンプレッサ２１の下流側から各気筒へ再循環させることができる。また、切換弁１６の直上流側の圧力Ｐがコンプレッサ２１下流側の圧力Ｐ’以下である時には、コンプレッサ２１下流側へ排気ガスを再循環させることはできず、ステップ２０４において、切換弁１６をコンプレッサ２１上流側に切り換え、冷却装置１４の下流側の排気再循環通路１５は、第二制御弁２２へ連通され、最終的には、第二制御弁２２によって調量された所望量の排気ガスをコンプレッサ２１の上流側から各気筒へ再循環させる。

次いで、ステップ２０５においては、バイパス制御弁９が第一状態から第二状態とされた時からの経過時間Ｔが設定時間Ｔ’に達したか否かが判断され、この判断が肯定されて第一排気浄化装置６の直下流側における排気ガスの圧力変動が安定するまで、第一排気再循環通路１０を介しての排気再循環を中止し、第二排気再循環通路１１を介しての排気再循環だけを実施する。ステップ２０５における判断は、もちろん、第一排気浄化装置６の直下流側の排気ガス圧力を測定し、実際に圧力変動が小さくなった時に肯定されるようにしても良い。ステップ２０５における判断が肯定されれば、本フローチャートを終了し、前述の第一フローチャートに従って排気ガス再循環を実施する。

第一排気浄化装置６及び第二排気浄化装置７は、排気ガス中の煤を酸化除去可能な酸化機能を有しているが、煤を良好に浄化させるためには、担体の構造をパティキュレートフィルタのようにすることが好ましい。前述した内燃機関は、ターボチャージャに代えて機関駆動式のコンプレッサ（過給器）を有するスーパーチャージャを有していても良い。また、内燃機関は、ディーゼルエンジン又は筒内噴射式火花点火内燃機関のような希薄燃焼を実施するものでも良い。この場合には、第二排気浄化装置７は、例えば、排気ガスがリーン空燃比の時にＮＯ_Xを吸収し、排気ガスは理論空燃比又はリッチ空燃比の時に吸収したＮＯ_Xを放出する吸蔵還元式等のＮＯ_X触媒装置とされる。

本発明による排気再循環装置を備えた内燃機関を示す概略図である。 図１の内燃機関における第一排気浄化装置近傍の拡大図である。 運転領域を示すマップである。 排気再循環を実施するための第一フローチャートである。 バイパス制御弁の開弁直後に排気再循環を実施するための第二フローチャートである。

符号の説明

１…機関本体
４…排気通路
５…タービン
６…第一排気浄化装置
７…第二排気浄化装置
８…バイパス通路
９…バイパス制御弁
１０…第一排気再循環通路
１１…第二排気再循環通路
１６…切換弁
１７…吸気通路
１８…第一制御弁
２１…コンプレッサ
２２…第二制御弁

Claims (9)

1. 排気通路に配置された第一排気浄化装置と、前記第一排気浄化装置の上流側に位置する前記排気通路からの分岐部及び前記第一排気浄化装置の下流側に位置する前記排気通路への合流部を有するバイパス通路と、バイパス制御弁と、前記第一排気浄化装置の下流側において前記排気通路に接続された第一排気再循環通路とを具備し、前記バイパス制御弁は、排気ガスが前記バイパス通路を通過しないように、前記バイパス通路を閉鎖する第一状態と、排気ガスの一部が前記第一排気浄化装置を通過すると共に残りの排気ガスが前記バイパス通路を通過するように、前記バイパス通路を開放する第二状態とにすることができ、前記第一排気再循環通路は、前記バイパス通路の前記合流部より上流側において前記排気通路に接続されていることを特徴とする排気再循環装置を備えた内燃機関。
2. 前記バイパス通路の前記合流部より下流側において前記排気通路には第二排気浄化装置が配置され、第二排気再循環通路が前記第二排気浄化装置の下流側において前記排気通路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関。
3. 機関運転領域に応じて、前記バイパス制御弁を選択的に前記第一状態又は前記第二状態とし、前記第一排気再循環通路を介しての再循環排気ガス量と、前記第二排気再循環通路を介しての再循環排気ガス量とが調整されることを特徴とする請求項２に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関。
4. 低負荷運転領域では、前記バイパス制御弁を前記第一状態とし、前記第一排気再循環通路を介してのみ排気再循環を実施することを特徴とする請求項３に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関。
5. 中負荷運転領域では、前記第一排気浄化装置の温度が設定温度を超えないようにするために、前記設定温度が比較的高い時には前記バイパス制御弁を前記第一状態とし、前記設定温度が比較的低い時には前記バイパス制御弁を前記第二状態とし、前記第一排気再循環通路を介して排気再循環を実施することを特徴とする請求項３に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関。
6. 前記中負荷運転領域において必要再循環排気ガス量に対して前記第一排気再循環通路を介しての再循環排気ガス量が不足する時には、前記第二排気再循環通路を介して排気再循環を実施することを特徴とする請求項５に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関。
7. 高負荷運転領域では、前記バイパス制御弁を前記第二状態とし、前記第一排気再循環通路及び前記第二排気再循環通路を介して排気再循環を実施し、前記第二排気再循環通路を介しての再循環排気ガス量を前記第一排気再循環通路を介しての再循環排気ガス量より多くすることを特徴とする請求項３に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関。
8. 前記バイパス制御弁が前記第一状態から前記第二状態へ切り換えられた時から設定時間の間は、前記第一排気再循環通路を介しての排気再循環を停止し、前記第二排気再循環通路を介して排気再循環を実施することを特徴とする請求項３に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関。
9. 吸気通路には過給器が配置され、前記吸気通路へ供給される再循環排気ガスの圧力が、前記吸気通路の前記過給器より下流側の吸気圧より低い時には、前記再循環排気ガスは前記吸気通路の前記過給器より上流側へ供給されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の排気再循環装置を備えた内燃機関。

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