JP2007162500A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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Abstract

【課題】ターボチャージャのタービンより下流側を流れる排気の一部をターボチャージャのコンプレッサより上流側の吸気管に再循環させる低圧ＥＧＲ装置を備えた排気浄化システムにおいて、内燃機関の停止時の振動・騒音の発生を抑制する技術を提供する。
【解決手段】吸気管９のコンプレッサハウジング１５ａより下流に高圧スロットル弁１３を配置し、内燃機関１の停止要求が発せられた場合、まず低圧スロットル弁１０を開弁させてから高圧スロットル弁１３を閉弁する。
【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の排気浄化システムに関する。
ターボチャージャのタービンより下流を流れる排気の一部をターボチャージャのコンプレッサより上流に再循環させる低圧ＥＧＲ装置が開発されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００２−１０６３９８号公報
低圧ＥＧＲ装置を備えた排気浄化システムでは、低圧ＥＧＲ装置によって吸気通路に導入される排気（以下、「低圧ＥＧＲガス」という）の量と新気の量との割合を調節するために、吸気通路の低圧ＥＧＲガス導入口より上流側にスロットル弁が設けられる。
ところで、内燃機関を停止する際に燃焼室内に空気が吸入されると、ピストンの圧縮仕事などに起因して振動や騒音が発生することがある。これを回避するために、内燃機関の停止時には、スロットル弁を閉じるのが一般的である。
しかし、スロットル弁より下流のターボチャージャやインタークーラなどが配置された吸気通路の領域は容積が大きいため、スロットル弁を閉じたとしても燃焼室に吸入される空気の量を速やかに低減させることが難しい。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ターボチャージャのタービンより下流側を流れる排気の一部をターボチャージャのコンプレッサより上流側の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ装置を備えた排気浄化システムにおいて、内燃機関の停止時の振動・騒音を抑制することを可能にする技術を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。すなわち、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に配置されるタービンと該内燃機関の吸気通路に配置されるコンプレッサとを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の排気通路内を流れる排気の一部を前記コンプレッサより上流の吸気通路内に再循環させるＥＧＲ通路と、
前記コンプレッサより下流の吸気通路に設けられ、該吸気通路を開閉自在とする第１スロットル弁と、
前記ＥＧＲ通路によって再循環される排気の吸気通路への導入口より上流の吸気通路に設けられ、該吸気通路を開閉自在とする第２スロットル弁と、
前記内燃機関を停止させる時に前記第２スロットル弁が開弁された状態で前記第１スロットル弁を閉弁する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
この構成によれば、内燃機関の停止時に第１スロットル弁が閉弁されるので、燃焼室に吸入される空気は第１スロットル弁より下流の吸気通路に残留している空気に限られることになる。これにより、燃焼室に吸入される空気の量が少なくなり、内燃機関の停止時の
振動・騒音の発生を抑制することが可能になる。
ここで、本発明の排気浄化システムでは、特に第２スロットル弁が開弁状態にある時に第１スロットル弁が閉弁されるように制御されるため、第１スロットル弁の閉弁によって負圧状態になる吸気通路の領域は第１スロットル弁より下流の僅かな領域に限られることになる。
これにより、第１スロットル弁より上流側のインタークーラ、ターボチャージャ、ブローバイガス管等が配置された吸気通路の領域が負圧状態になることを抑制することができる。その結果、ターボチャージャの潤滑油やブローバイガス管内のブローバイガスが吸気通路内に吸引されることが防止され、インタークーラなどを含む吸気系の壁面にオイル等が付着・堆積することを抑制することができる。
ところで、内燃機関の停止要求が発せられた時点における内燃機関の運転状態や排気再循環（以下、「ＥＧＲ」という）の実施状態によっては、第２スロットル弁の開度が小さくなっている場合があり得る。例えば、ＥＧＲの実施中は吸気とＥＧＲガスの混合割合を調節するために第２スロットル弁の開度が制御されるため、内燃機関の停止直前にＥＧＲが行われている場合、第２スロットル弁の開度が小さくされている可能性がある。
そこで、内燃機関を停止させる時に第２スロットル弁の下流に負圧が発生しない開度まで第２スロットル弁を開弁した後に、第１スロットル弁を閉弁するようにしてもよい。こうすることで、内燃機関の停止要求が発生した時点で第２スロットル弁の開度が小さい場合であっても、第１スロットル弁より上流側のインタークーラ、ターボチャージャ、ブローバイガス管等が配置された吸気通路の領域が負圧状態になることを確実に抑制することが可能になる。
本発明により、ターボチャージャのタービンより下流を流れる排気の一部をターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気通路に再循環させるＥＧＲ通路を備えた排気浄化システムにおいて、内燃機関の停止時の振動・騒音の発生を抑制することが可能になる。
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は本発明を適用する内燃機関の一実施形態を模式的に示したものである。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有するディーゼル機関である。内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。
内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は各気筒２の燃焼室と吸気ポートを介して連通している。吸気枝管８には吸気管９が接続されており、吸気管９の吸気枝管８との接続部近傍には高圧スロットル弁１３が設けられている。高圧スロットル弁１３は吸気管９を開閉自在とする弁であり、内燃機関１の運転状態に応じてＥＣＵ３５によってその弁開度が制御される。高圧スロットル弁１３は本発明の第１スロットル弁に相当する。
高圧スロットル弁１３より上流の吸気管９には、吸気管９内を流通する混合気を冷却するインタークーラ７が設けられている。インタークーラ７より上流の吸気管９には排気のエネルギーを駆動源として作動するターボチャージャ１５のコンプレッサハウジング１５
ａが設けられている。コンプレッサハウジング１５ａより上流の吸気管９には、内燃機関１で発生したブローバイガスを導入するブローバイガス管２１が接続されている。
内燃機関１には、排気枝管１８が接続されており、排気枝管１８の各枝管は各気筒２の燃焼室と排気ポートを介して連通している。排気枝管１８には、排気枝管１８内に噴孔が臨むように燃料添加弁２８が設けられている。排気枝管１８は集合部１６を介してターボチャージャ１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。タービンハウジング１５ｂは排気管１９と接続され、排気管１９は下流にて大気と通じている。
排気管１９の途中には吸蔵還元型のＮＯｘ触媒２０が設けられている。ＮＯｘ触媒２０は、流入する排気の酸素濃度が高い時は排気中のＮＯｘを吸蔵することで排気を浄化する。流入する排気の酸素濃度が低くなるとＮＯｘ触媒２０は吸蔵しているＮＯｘを放出する。その際、ＮＯｘ触媒２０の周囲に燃料などの還元成分が存在していれば、ＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘが燃料により還元・浄化される。このようなＮＯｘ触媒２０によるＮＯｘ浄化は、燃料添加弁２８から排気中に添加された燃料が排気とともに排気管１９を流通してＮＯｘ触媒２０に供給されることによって実施される。
排気管１９の途中に設けられる排気浄化装置としてここでは吸蔵還元型のＮＯｘ触媒を例示したが、他の種類の排気浄化装置、例えば選択還元型のＮＯｘ触媒、パティキュレートフィルタなどであってもよいし、それらの組み合わせであってもよい。
ＮＯｘ触媒２０より下流の排気管１９には、排気管１９を流通する排気の一部を吸気管９に再循環させるための低圧ＥＧＲ通路２２の一端が接続されている。低圧ＥＧＲ通路２２の他端は吸気管９のコンプレッサハウジング１５ａより上流に設けられた低圧ＥＧＲ導入口２４に接続されている。
低圧ＥＧＲ通路２２の途中には低圧ＥＧＲクーラ１４と低圧ＥＧＲ弁１２が設けられている。低圧ＥＧＲクーラ１４は低圧ＥＧＲ通路２２を流通する排気（以下、「低圧ＥＧＲガス」という）を冷却する。低圧ＥＧＲ弁１２は低圧ＥＧＲガスの流量を調節する装置であり、内燃機関１の運転状態に応じてＥＣＵ３５によってその弁開度が制御される。
低圧ＥＧＲ導入口２４及びブローバイガス管２１より上流の吸気管９には低圧スロットル弁１０が設けられている。低圧スロットル弁１０は吸気管９を開閉自在とする弁であり、内燃機関１の運転状態に応じてＥＣＵ３５によってその弁開度が制御されることで、低圧スロットル弁１０より上流に設けられたエアクリーナ１７から流入する新気の量と、低圧ＥＧＲ通路２２から吸気管９に流入する低圧ＥＧＲガスの量との割合を調節することもできる。低圧スロットル弁１０は本発明の第２スロットル弁に相当する。
低圧ＥＧＲ通路２２によって排気の一部が内燃機関１の吸気系に再循環することにより、燃焼室内の混合ガスの燃焼温度が低下する。これにより燃焼過程で生成されるＮＯｘの量が低減され、内燃機関１から排出される排気中に含まれるＮＯｘの量が低減される。
ＥＣＵ３５は、双方向バスによって相互に接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入力ポート、出力ポートなどから成る電子制御コンピュータであり、燃料噴射弁３の燃料噴射量制御、燃料添加弁２８の燃料添加量制御、低圧ＥＧＲ弁１２の開度制御などの既知の基本制御を行う他、本発明の本旨である高圧スロットル弁１３及び低圧スロットル弁１０の開度制御を行う。
以上のような構成の内燃機関の排気浄化システムにおいて、内燃機関１が停止される時にＥＣＵ３５によって行われる高圧スロットル弁１３及び低圧スロットル弁１０の開度制
御について説明する。
運転者などによる機関停止要求に応じて、ＥＣＵ３５は燃料噴射弁３を制御して燃焼室への燃料噴射を停止する。この時、シリンダ内のピストンの運動が完全に停止するまでの期間は、燃焼室の吸気ポートに連通する吸気枝管８や吸気管９内に存在する空気がピストンの運動によって燃焼室内に吸引される。その際に吸引される空気量が多いと内燃機関１において振動や騒音が発生する原因となる。従って、内燃機関１の停止時には、燃焼室に吸入される空気量を少なくするために吸気管９を遮断することが好ましい。
この時、高圧スロットル弁１３を備えない従来の排気浄化システムの場合、低圧スロットル弁１０を閉弁することになるが、低圧スロットル弁１０を閉弁すると、低圧スロットル弁１０より下流側に配置されたインタークーラ７、コンプレッサハウジング１５ａ、ブローバイガス管２１の接続部、低圧ＥＧＲ導入口２４などを含む吸気管９の広い領域に存在する空気が燃焼室に吸引されることになる。そのため、低圧スロットル弁１０を閉弁しても内燃機関１の停止時の振動・騒音を抑制する効果を得にくい。
また、低圧スロットル弁１０より下流の吸気管９内に残留する空気が燃焼室に吸入されると、吸気管９が負圧状態になるため、ターボチャージャ１５内の潤滑油やブローバイガス管２１内のブローバイガスが負圧によって吸引され吸気管９内に流入する可能性がある。その場合、オイルがインタークーラ７に溜まったり、吸気管９の内壁に付着したりする虞がある。
それに対し、本実施例の場合、高圧スロットル弁１３を備えているため、内燃機関１の停止時に高圧スロットル弁１３を閉弁することにより、内燃機関１の停止要求後に燃焼室に吸入される空気を高圧スロットル弁１３より下流の狭い領域内に残留している空気に限ることができる。これにより、低圧スロットル弁１０を閉弁した場合と比較して燃焼室に吸入される空気の量を少なくすることができ、内燃機関１の振動・騒音をより確実に低減することが可能になる。
さらに、高圧スロットル弁１３を閉弁する前に低圧スロットル弁１０を開弁するようにしているため、残留空気が燃焼室に吸入されることによって負圧状態になる吸気管の領域も高圧スロットル弁１３より下流の領域に限られることになる。これにより、コンプレッサハウジング１５ａやブローバイガス管２１の接続部など、負圧状態になると不具合を引き起こす虞のある機関部材が配置された吸気管９の領域が負圧状態になることが抑制される。その結果、吸気管９内にオイルなどが吸引されることによる上記のような種々の不具合が発生することを抑制することも可能になる。
以下、内燃機関１の停止時にＥＣＵ３５によって行われる高圧スロットル弁１３及び低圧スロットル弁１０の開閉制御について、図２のフローチャートに基づいて説明する。図２のフローチャートは高圧スロットル弁１３及び低圧スロットル弁１０の開閉制御を行うためのルーチンを示すフローチャートであり、このルーチンはＥＣＵ３５によって所定期間毎に繰り返し実行される。
まず、ステップ２０１では、ＥＣＵ３５は、内燃機関１の停止要求が発せられたか否かを判定する。ステップ２０１で肯定判定された場合、ＥＣＵ３５はステップ２０２に進む。一方、ステップ２０１で否定判定された場合は、ＥＣＵ３５は本ルーチンの実行を終了する。
ステップ２０２では、ＥＣＵ３５は、低圧スロットル弁１０を開弁する。この場合、低圧スロットル弁１０の弁開度はほぼ全開状態にすることが好ましい。これは、吸気管９の
低圧スロットル弁１０より下流の領域は負圧になり易い傾向があり、低圧スロットル弁の開度がわずかでも閉弁方向に制御されていると、内燃機関１の停止要求が発せられた時点での内燃機関１の運転状態や、低圧ＥＧＲガス或いは吸気の流れの状態などによっては、吸気管９の低圧スロットル弁１０より下流の領域がすぐに負圧状態になってしまう可能性があるからである。
ディーゼル機関の場合、ターボチャージャ１５内の潤滑油に対するシール機構は、正圧方向に対しては高いシール性能を有するように設計されていることが一般的であるが、負圧による吸引方向に対するシール性能は十分に高くない場合がある。そのような場合においても、上記のようにステップ２０２における低圧スロットル弁１０の開弁制御において低圧スロットル弁１０の開度をほぼ全開状態にすることで、吸気管９の低圧スロットル弁１０より下流の領域が負圧状態になることをより確実に抑制することができ、吸気管９内にオイルが吸引されることをより確実に抑制する事が可能になる。
ステップ２０３では、ＥＣＵ３５は、高圧スロットル弁１３を閉弁する。これにより、吸気枝管８への空気の流入が遮断されるため、内燃機関１の停止要求が発せられた後に燃焼室に流入する空気の量を少なくすることができる。これにより、内燃機関１を速やかに停止させることができるとともに、停止時の振動・騒音を抑制することが可能になる。
ステップ２０４では、ＥＣＵ３５は、低圧スロットル弁１０を閉弁し、本ルーチンの実行を終了する。これにより内燃機関１の停止時に内燃機関１の吸気系全域において空気の流入が遮断されることになるため、振動・騒音などを抑制しつつより安定的に内燃機関１の停止行程を完了することが可能になる。
なお、以上述べた実施の形態は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施形態には種々の変更を加え得る。例えば、本実施例では低圧ＥＧＲ通路のみを備えた排気浄化システムを例示したが、低圧ＥＧＲ通路に加えて、排気枝管と吸気枝管とを連通して成る通常のＥＧＲ通路（高圧ＥＧＲ通路）を備えた排気浄化システムに本発明を適用することも可能である。その場合、高圧ＥＧＲガスの量と新気の量の割合を調節する必要性から、吸気枝管における高圧ＥＧＲ通路の接続部より上流側にスロットル弁が設けられることになるので、このスロットル弁に対して本発明における第１スロットル弁と同様の制御を行うことによって、本発明に特有の諸効果を上記の実施例と同様に得ることができる。
また、上記の実施例では内燃機関１の停止時に、高圧スロットル弁を閉弁する前に必ず低圧スロットル弁を開弁するような制御を例示したが、低圧スロットル弁が開弁状態にある時に高圧スロットル弁に対する閉弁制御が行われる制御であれば上記の実施例の制御に限るものではない。例えば、低圧スロットル弁の開度が所定開度以上であることを条件に高圧スロットル弁を閉弁するような制御でも上記の実施例と同様の効果を得ることができる。但し、所定開度は第２スロットル弁より下流に負圧が発生しない開度の最小値である。
本発明の実施例における内燃機関の概略構成を示す図である。 本発明の実施例における内燃機関停止時の低圧スロットル弁及び高圧スロットル弁の制御ルーチンを示すフローチャートである。
符号の説明
１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
７・・・インタークーラ
８・・・吸気枝管
９・・・吸気管
１０・・・低圧スロットル弁
１２・・・低圧ＥＧＲ弁
１３・・・高圧スロットル弁
１４・・・低圧ＥＧＲクーラ
１５・・・ターボチャージャ
１５ａ・・・コンプレッサハウジング
１５ｂ・・・タービンハウジング
１６・・・集合部
１７・・・エアクリーナ
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・ＮＯｘ触媒
２１・・・ブローバイガス管
２２・・・低圧ＥＧＲ通路
２４・・・低圧ＥＧＲ導入口
２８・・・燃料噴射弁
３５・・・ＥＣＵ

Claims (2)

  1. 内燃機関の排気通路に配置されるタービンと該内燃機関の吸気通路に配置されるコンプレッサとを有するターボチャージャと、
    前記タービンより下流の排気通路内を流れる排気の一部を前記コンプレッサより上流の吸気通路内に再循環させるＥＧＲ通路と、
    前記コンプレッサより下流の吸気通路に設けられ、該吸気通路を開閉自在とする第１スロットル弁と、
    前記ＥＧＲ通路によって再循環される排気の吸気通路への導入口より上流の吸気通路に設けられ、該吸気通路を開閉自在とする第２スロットル弁と、
    前記内燃機関を停止させる時に前記第２スロットル弁が開弁された状態で前記第１スロットル弁を閉弁する制御手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
  2. 前記制御手段は、前記内燃機関を停止させる時に前記第２スロットル弁を開弁した後に前記第１スロットル弁を閉弁することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
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